一、目簡(jiǎn)介項(xiàng)

山東;煞萦邢薰咎煜榛S
山東海化股份有限公司座落在世界著名的風(fēng)箏之都山東省濰坊市西北部渤海萊洲灣南畔,是由國有特大型企業(yè)山東海化集團(tuán)有限公司作為獨(dú)家發(fā)起人,于1998年5月在深圳證券交易所掛牌交易的上市公司。下設(shè)純堿廠、天祥化工廠等多家子公司。
山東;园l(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo),致力于發(fā)展海洋化工,依托當(dāng)?shù)氐锰?/SPAN>獨(dú)厚的鹽資源優(yōu)勢(shì),成功開發(fā)出以純堿為主導(dǎo)產(chǎn)品核心,以溴素、三聚氰胺、氯化鈣、硝酸鈉、亞硝酸鈉等主要產(chǎn)品為輔助,由堿系列、溴系列、苦鹵化工、精細(xì)化工等產(chǎn)品構(gòu)成的產(chǎn)品系列。純堿、溴素、溴化物、氯化鈣、三聚氰胺等多種產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率雄居全國首位。
進(jìn)入21世紀(jì)以后,山東海化加快了發(fā)展的步伐,先后上馬了純堿廠60萬噸/年純堿項(xiàng)目,天祥化工廠4萬噸/年甲烷氯化物、10萬噸/年乙酸乙酯和5萬噸/年苯胺項(xiàng)目。
同時(shí)山東;c西門子的合作也進(jìn)入了一個(gè)新階段,以上這四套裝置的DCS系統(tǒng)全部采用了西門子PCS7,主要由上海西門子工業(yè)自動(dòng)化有限公司集成。
山東;儔A廠60萬噸/年純堿裝置已于2004年初投入運(yùn)行,三年來取得了很好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果,使純堿廠成為亞洲最大的純堿生產(chǎn)廠。
山東;煜榛S,成立于2004,致力于化工產(chǎn)品生產(chǎn)。先后建設(shè)了4萬噸/年甲烷氯化物、10萬噸/年乙酸乙酯和5萬噸/年苯胺項(xiàng)目。為山東;蚧ぎa(chǎn)業(yè)的縱深發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。
上海西門子工業(yè)自動(dòng)化有限公司近年來完成了多個(gè)化工裝置的控制系統(tǒng),如江蘇梅蘭離子膜一期、二期,江蘇梅蘭PTFE,山東亞星離子膜,山東亞星雙氧水,上海賽科空分等,具備化工裝置控制系統(tǒng)集成的較強(qiáng)實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)。這些項(xiàng)目的成功實(shí)施同時(shí)也證明了PCS7在化工領(lǐng)域運(yùn)用的優(yōu)越性。
二、生產(chǎn)工藝

山東;煞萦邢薰咎煜榛S5萬噸/年苯胺裝置
苯胺裝置采用化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院提供的生產(chǎn)工藝,該工藝主要分為硝化單元、還原單元、精制單元、廢酸濃縮單元、廢水處理單元和氫壓機(jī)單元。各單元簡(jiǎn)介如下:
1.硝化單元
苯和硝酸反應(yīng)(83%的硫酸作為催化劑),生成硝基苯,并產(chǎn)生68-70%的廢酸。
2.還原單元
硝基苯經(jīng)過初餾塔和精餾塔精制后成為精硝基苯;精硝基苯加氫還原(單銅硅膠為催化劑),生成粗苯胺。
3.精制單元
粗苯胺經(jīng)過脫水塔和精餾塔精制后成為精苯胺,精苯胺為最終產(chǎn)品。
4.廢酸濃縮單元
廢酸經(jīng)提取去除硝酸后蒸發(fā)成為83%的硫酸,再供硝化使用;
5.廢水處理單元
在硝化反應(yīng)中產(chǎn)生的廢水,經(jīng)廢水汽提塔回收部分硝基苯后去污水處理單元進(jìn)行處理。
6.氫壓機(jī)單元
共4各氫壓機(jī)組,用于氫氣的壓縮,壓縮空氣供加氫還原使用。
由于苯胺裝置具有易燃易爆的特點(diǎn),在本體設(shè)計(jì)時(shí)增加了很多防爆的安全裝置,如采用加固裝置、安全閥、防爆閥和信號(hào)隔離等。同時(shí)還采取了德國HIMA提供的ESD緊急停車系統(tǒng),以降低裝置運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。ESD通過Modbus和DCS進(jìn)行通訊。
三、控制系統(tǒng)構(gòu)成 該裝置監(jiān)控系統(tǒng)為SIEMENS PCS7 V6.1 SP1。 SIEMENS PCS(Process Control System)7系統(tǒng)是面向工業(yè)過程的分布式的全集成控制系統(tǒng),它綜合了DCS、PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)。
開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、開放式操作系統(tǒng)以及開放式接口使公司范圍內(nèi),即從生產(chǎn)級(jí)到管理級(jí)的整個(gè)信息系統(tǒng)最優(yōu)化;在全集成自動(dòng)化的環(huán)境下,采用統(tǒng)一的自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠的自動(dòng)化控制和管理。
全集成自動(dòng)化方案就是用一種系統(tǒng)完成原來由多種系統(tǒng)搭配起來才能完成的所有功能。應(yīng)用這種解決方案,可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),減少了大量接口部件,應(yīng)用全集成自動(dòng)化可以克服上位機(jī)和各工業(yè)控制器之間,連續(xù)控制和邏輯控制之間,集中與分散之間的界限。同時(shí),全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境,基于這種環(huán)境,技術(shù)人員可以在同一個(gè)平臺(tái)下對(duì)所有應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)和編程。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用了西門子400系列冗余控制器:2套CPU 417-4H(儀表部分YB1、YB2)和1套CPU 414-4H(電氣部分DQ)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:

DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是:CPU冗余、電源冗余、I/O冗余、Profibus-DP冗
余、以太網(wǎng)冗余、服務(wù)器冗余,冗余SERVER-CLIENT結(jié)構(gòu),雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),控制網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)、終端網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)。穩(wěn)定性顯而易見,同時(shí)還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和移植性。
DCS系統(tǒng)通過西門子通訊卡件CP341和ESD系統(tǒng)通訊,采用Modbus485通訊協(xié)議,組態(tài)設(shè)置和編程都十分簡(jiǎn)單易懂。ESD把自身的狀態(tài)及其采集的信號(hào)狀態(tài)、ESD報(bào)警和動(dòng)作等信息通訊給DCS,以方便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采用相應(yīng)措施以維持裝置的安全運(yùn)行。
下圖為YB1 CPU柜的前視圖:
下圖為YB1硬件配置圖:
四、控制系統(tǒng)完成的重點(diǎn)分析
基于苯胺裝置的危險(xiǎn)性,在工程之初,設(shè)計(jì)院、海化天祥化工廠及上海西門子工業(yè)自動(dòng)化有限公司就對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性能做了深入分析,采用了大量的安全柵、繼電器以隔離防爆;同時(shí)增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)的冗余,特別是IO冗余。同時(shí)海化天祥化工廠的工程師還提出了控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)的監(jiān)控。這里,就IO冗余和控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)監(jiān)控作一些分析。 1. IO冗余
下圖為IO冗余結(jié)構(gòu)示意圖,冗余卡件的使用,使得當(dāng)一個(gè)卡件或通道故障時(shí)相應(yīng)的IO信號(hào)仍然能夠保持正常。

本項(xiàng)目中,用到了AI冗余、AO冗余、DO冗余和Modbus冗余,這里以AI冗余為例說明。
AI冗余分為帶有冗余傳感器的冗余模擬量輸入模板方式:
和接入非冗余傳感器的冗余模擬量輸入模板方式:

在本項(xiàng)目中,模擬量輸入為4線制或2線制4-20mA信號(hào),傳感器不冗余,AI卡件為6ES7 331-7KF02-0AB0,故采用了第二種方式中的間接電流測(cè)量方式。
1.1 硬件設(shè)計(jì)
下圖為接線原理圖:

由于一個(gè)信號(hào)要接入兩個(gè)卡件,所以我們采用了冗余端子,AI冗余端子結(jié)構(gòu)如下(僅為示意圖,冗余端子可由有資質(zhì)的柜廠訂做或者向有資質(zhì)的第三方購買):(R1、R2為250歐姆)
當(dāng)信號(hào)為4-20mA 2線制時(shí),接線方式如下:(CH1+/CH1-接入主卡件相應(yīng)通道,CH2+/CH2-接入備用卡件相應(yīng)通道)
 當(dāng)信號(hào)為4-20mA 4線制時(shí),接線方式如下:(CH1+/CH1-接入主卡件相應(yīng)通道,CH2+/CH2-接入備用卡件相應(yīng)通道)
 1.2 組態(tài)設(shè)置
設(shè)置控制器過程影像分區(qū):

卡件冗余設(shè)置:
 輸入設(shè)置,在本項(xiàng)目中測(cè)量類型應(yīng)為1-5V電壓類型而非4-20mA電流型:

地址設(shè)置,過程影像區(qū)設(shè)為PIP1:

注:以上設(shè)置只對(duì)主卡件(低地址)設(shè)置,可以認(rèn)為備用卡件不存在。 1.3 CFC 在CFC中,只需對(duì)冗余IO的低地址進(jìn)行組態(tài),可以認(rèn)為高地址的卡件不存在;且冗余IO的驅(qū)動(dòng)塊必須放在和卡件過程影像區(qū)對(duì)應(yīng)的OB中,否則有可能出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定。本項(xiàng)目中,卡件過程影像區(qū)為PIP1,對(duì)應(yīng)的OB為OB35,所以驅(qū)動(dòng)塊應(yīng)放在OB35中。如下圖所示:

2. Plant Bus環(huán)網(wǎng)監(jiān)控 2.1 OSM狀態(tài)監(jiān)視 2.1.1 OSM設(shè)置
運(yùn)行PST工具s7wnpstx.exe(該工具可以從西門子網(wǎng)站上免費(fèi)下載),設(shè)
置OSM的地址。具體步驟可參見其幫助信息,這里不一一說明。


打開IE EXPLORER,輸入http://192.168.0.201/,打開如上網(wǎng)頁,Login ID為admin,Password默認(rèn)為admin。在如下的OSM配置頁面內(nèi)可以對(duì)OSM進(jìn)行具體配置,如,是否監(jiān)視電源輸入,是否監(jiān)視兩個(gè)光纖口的狀態(tài),等等。

2.1.2 OPC設(shè)置
 添加OPC SNMP節(jié)點(diǎn)OSM,做相應(yīng)設(shè)置并Export Tags for Wincc(具體步驟略)。
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