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PLC技術資料

PCS7系統在聚苯乙烯裝置的應用

發布者：用戶投稿發布時間：2008/5/5 11:00:10

揚子巴斯夫苯乙烯系列有限公司是于1997投產的年產10.2萬噸聚苯乙烯等產品的中德合資企業。聚苯乙烯裝置共有A、B兩套用于加熱反應器夾套管線的熱媒單元HU4911，反應器溫度決定產品的質量和負荷，所以熱媒單元在聚苯乙烯裝置中具有非常重要的地位。
　　
　　一原控制系統的狀況及改造設想
　　
　　 1. 控制系統狀況
　　
　　　　原控制系統是由盤裝調節器、繼電器和S5-115 PLC組成的一套常規控制系統，在幾年運行過程中，該系統存在許多問題：(1)部分繼電器使用年限已到，多次出現誤動作；(2)S5-115 PLC經常出現失靈，需人工手動干預，存在安全隱患；(3)原點火順控器為機械式，程序步和步時間無法重新設置；(4)點火程序執行過程中沒有操作顯示畫面，點火中出現故障時無法很快查找出原因，也就無法根據實際燃料變化調整點火順序控制的步時間。每次點火花費時間很多，不僅浪費燃料，且易出事故。
　　
　　 2. 改造設想
　　
　　　　因原控制系統不適應穩定生產要求，公司決定除保留部分與電氣相連接的繼電器外，將調節控制、點火程序、安全聯鎖全部改造為DCS系統。根據原控制模式，為減少改造難度，控制處理機和現場I/O組件仍采取分開安裝方式，以便于維護和管理，同時提高了安全可靠性。操作顯示除保留原現場儀表盤外，增加操作站控制顯示，實現集中控制管理。
　　
　　二系統配置方案和特點
　　
　　 1. 硬件構成
　　

　　　　鑒于HU4911熱媒單元在裝置中所處的重要位置，我們充分考慮了系統安全可靠性，采用以S7-400H為主控制器構成的PCS7冗余控制方案，CPU采用CPU414H，I/O處理單元采用ET200M。為保證通信可靠性，電源和通信采用冗余配置方案，Profibus-DP總線采用光纖通信，保證了系統安全等級需求。熱媒單元控制系統結構如圖1。系統主要特點：(1)用標準化硬件平臺，技術成熟、可靠。軟件環境標準、開放，產品具有延續性，備件供應簡便，CPU分級系列，I/O擴展系列以及對帶有與Profibus相連接口功能的廣泛選擇，可實現多種控制與集成配置方案。(2)基于標準S7-400模板的S7-400H是一個容錯(冗余)的PLC，可有效減少生產的停機危險，更適用于那些需盡量避免故障停機時間的場合。容錯性通過兩個并行中央控制器實現，其CPU通過光纖連接，并通過冗余Profibus-DP總線對冗余I/O進行控制。錯誤發生時，將會出現一個無碰撞傳輸控制，熱備單元將在中斷處繼續執行而不丟失任何信息。(3)PLC采用雙控制器、雙電源模塊、雙通信模塊，系統有無擾動切換功能，容錯型和安全型可滿足供電中斷和故障保護等特殊要求，提高系統可靠性。(4)S7-400 PLC可在70℃以下的溫度環境中運行，具有極高適用性；(5)Profibus-DP總線技術的應用，大大提高了現場儀表與其他智能設備間的數據交換能力。(6)PCS7軟件包括硬件驅動程序及Step7和WinCC，可集成化為一體，如在Step7中定義的變量和消息在WinCC和其他軟件中均可使用，又因其基于Windows平臺，易修改、方便維護。高效的組態軟件與Step7和圖形工程工具的高級語言相結合，所有項目數據存儲在CPU中。(7)ET200M故障安全型I/O模板通過Profibus總線與S7-400H控制處理機相連，實現CPU冗余和通信冗余。
　　
　　2. 工程軟件設計
　　
　　　　控制系統改造設計軟件主要由熱媒單元安全聯鎖功能軟件、點火順控程序軟件和顯示操作軟件3部分組成。
　　

　　　　(1)熱媒單元的安全聯鎖功能軟件：聯鎖系統原理見圖2。每套熱媒單元須在滿足圖2工藝條件下，才能進入點火順控程序。當條件滿足后，按下解鎖UNLOCK按鈕，Safety Chain恢復正常。按下Ignition Reset按鈕，點火順控程序解鎖并返回初始步。這時必須在現場表盤上按下點火按鈕(burner on ready to run)，Monitor Chain恢復正常，進入點火順控程序。
　　　　(2)熱媒單元點火順控程序軟件：點火順控程序軟件共分成11步，如圖3。
　　

　　三顯示操作畫面和報警功能
　　
　　　　(1)HU4911熱媒單元分成A、B兩套，各對應有burner detail和burner ignition兩幅顯示畫面，以及兩套共用interlock checklist顯示畫面。
　　　　(2)A/B burner detail是A、B套熱媒單元流程詳細顯示。所有現場開關和模擬量的測量點在畫面上均有指示。點擊模擬量測量值區域可打開對應趨勢顯示窗口。點擊工程單位區域可打開相關調節器顯示窗口。每套熱媒單元中有3個調節回路，從A/B PID parameter按鈕可進入調節器參數整定和模擬量報警值設定的畫面。
　　　　(3)A/B burner ignition是A、B套熱媒單元點火順控程序顯示。左半區是滿足點火主要條件及點火過程中主要狀態指示。右半區是點火順控指示器。在原基礎上加入點火順控步指示和點火故障發生時的步鎖定。還有調節器local/remote控制設定指示，以及相關調用窗口，并安排有停齊聚物和緊急停爐按鈕。步時間設定可從SET STEP TIME按鈕進入。
　　　　(4)interlock checklist顯示畫面是A、B兩套熱媒單元點火和聯鎖條件的檢查畫面。每個檢查點直接反映現場儀表的實際測量。如測得條件滿足呈綠色顯示，不滿足呈黃色顯示。工藝主管人員可從Bypass按鈕進入interlock bypass操作畫面，對這些工藝條件進行旁路。
　　　　(5)改造后的A、B兩套熱媒單元有現場表盤和控制室操作站兩套報警系統。
　　　　(a)一旦報警發生，現場儀表盤和控制室兩邊喇叭同時報警，且現場表盤上對應紅色LED燈快速閃爍；控制室操作站上的指示也呈紅色閃爍，需現場和控制室兩邊分別進行消音確認�，F場確認后，現場喇叭消音，但現場表盤上的紅色LED燈仍保持快速閃爍，表示此報警未進行解鎖檢查。在操作站上確認后，操作站的喇叭消音，顯示從紅色閃爍變成紅色常亮，只要不按解鎖鈕，將一直保持。
　　　　(b)現場報警信號一經出現即被鎖定。即使現場工藝條件恢復正常，報警指示仍然存在。只有在按下解鎖UNLOCK按鈕同時，系統才對現場工藝條件進行檢查。如果現場工藝條件已恢復正常，則報警指示消失；如仍不正常，則現場表盤上對應紅色LED燈快速閃爍變成慢速閃爍，表示此報警已進行過解鎖檢查；操作站上的指示仍維持紅色常亮。
　　
　　四系統改造特點
　　
　　　　(1)利用較少投入，解決過去熱媒單元控制中所存在的所有問題。
　　　　(2)因系統配置采用CPU冗余、通信冗余，控制系統安全可靠性得到提高。
　　　　(3)在工程應用軟件設計方面，除完成原控制系統的所有功能，還在許多方面加以改進：(a)在熱媒單元安全聯鎖功能軟件中，增加信號聯鎖旁路功能，為檢修故障儀表和確保熱媒單元運行穩定提供了手段。(b)熱媒單元的點火順控程序中，增加了步顯示和步鎖定功能，既保證系統、工藝和設備故障情況下，過程處于安全穩定停運狀態，又能方便查找原因，為快捷點爐和事故分析提供了強有力條件。
　　　　(4)工程軟件設計還考慮了PLC系統故障及電網晃電后的突發情況，以軟件手段保證PLC故障后或電網晃電后再啟動時不發生軟件復位引起的安全事故。
　　　　(5)顯示操作軟件設計更具人性化，充分滿足操作人員需求，既防止誤操作，又使操作指令得到簡化。
　　　　(6)經改造把I/O過程單元與操作單元及控制單元分開，節省信號電纜費用，方便系統維護。I/O處理單元安裝在現場，緊靠熱媒單元，一旦現場儀表出現故障，能方便通過就地ET200M I/O處理單元卡件上指示燈找出原因。

　　三顯示操作畫面和報警功能
　　
　　　　(1)HU4911熱媒單元分成A、B兩套，各對應有burner detail和burner ignition兩幅顯示畫面，以及兩套共用interlock checklist顯示畫面。
　　　　(2)A/B burner detail是A、B套熱媒單元流程詳細顯示。所有現場開關和模擬量的測量點在畫面上均有指示。點擊模擬量測量值區域可打開對應趨勢顯示窗口。點擊工程單位區域可打開相關調節器顯示窗口。每套熱媒單元中有3個調節回路，從A/B PID parameter按鈕可進入調節器參數整定和模擬量報警值設定的畫面。
　　　　(3)A/B burner ignition是A、B套熱媒單元點火順控程序顯示。左半區是滿足點火主要條件及點火過程中主要狀態指示。右半區是點火順控指示器。在原基礎上加入點火順控步指示和點火故障發生時的步鎖定。還有調節器local/remote控制設定指示，以及相關調用窗口，并安排有停齊聚物和緊急停爐按鈕。步時間設定可從SET STEP TIME按鈕進入。
　　　　(4)interlock checklist顯示畫面是A、B兩套熱媒單元點火和聯鎖條件的檢查畫面。每個檢查點直接反映現場儀表的實際測量。如測得條件滿足呈綠色顯示，不滿足呈黃色顯示。工藝主管人員可從Bypass按鈕進入interlock bypass操作畫面，對這些工藝條件進行旁路。
　　　　(5)改造后的A、B兩套熱媒單元有現場表盤和控制室操作站兩套報警系統。
　　　　(a)一旦報警發生，現場儀表盤和控制室兩邊喇叭同時報警，且現場表盤上對應紅色LED燈快速閃爍；控制室操作站上的指示也呈紅色閃爍，需現場和控制室兩邊分別進行消音確認。現場確認后，現場喇叭消音，但現場表盤上的紅色LED燈仍保持快速閃爍，表示此報警未進行解鎖檢查。在操作站上確認后，操作站的喇叭消音，顯示從紅色閃爍變成紅色常亮，只要不按解鎖鈕，將一直保持。
　　　　(b)現場報警信號一經出現即被鎖定。即使現場工藝條件恢復正常，報警指示仍然存在。只有在按下解鎖UNLOCK按鈕同時，系統才對現場工藝條件進行檢查。如果現場工藝條件已恢復正常，則報警指示消失；如仍不正常，則現場表盤上對應紅色LED燈快速閃爍變成慢速閃爍，表示此報警已進行過解鎖檢查；操作站上的指示仍維持紅色常亮。
　　
　　四系統改造特點
　　
　　　　(1)利用較少投入，解決過去熱媒單元控制中所存在的所有問題。
　　　　(2)因系統配置采用CPU冗余、通信冗余，控制系統安全可靠性得到提高。
　　　　(3)在工程應用軟件設計方面，除完成原控制系統的所有功能，還在許多方面加以改進：(a)在熱媒單元安全聯鎖功能軟件中，增加信號聯鎖旁路功能，為檢修故障儀表和確保熱媒單元運行穩定提供了手段。(b)熱媒單元的點火順控程序中，增加了步顯示和步鎖定功能，既保證系統、工藝和設備故障情況下，過程處于安全穩定停運狀態，又能方便查找原因，為快捷點爐和事故分析提供了強有力條件。
　　　　(4)工程軟件設計還考慮了PLC系統故障及電網晃電后的突發情況，以軟件手段保證PLC故障后或電網晃電后再啟動時不發生軟件復位引起的安全事故。
　　　　(5)顯示操作軟件設計更具人性化，充分滿足操作人員需求，既防止誤操作，又使操作指令得到簡化。
　　　　(6)經改造把I/O過程單元與操作單元及控制單元分開，節省信號電纜費用，方便系統維護。I/O處理單元安裝在現場，緊靠熱媒單元，一旦現場儀表出現故障，能方便通過就地ET200M I/O處理單元卡件上指示燈找出原因。