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一、目簡介項
山東海化股份有限公司天祥化工廠
山東�；煞萦邢薰咀湓谑澜缰娘L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�；瘓F有限公司作為獨家發(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。
山東海化，以發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟為主導，致力于發(fā)展海洋化工，依托當?shù)氐锰?/SPAN>獨厚的鹽資源優(yōu)勢，成功開發(fā)出以純堿為主導產(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)品的市場占有率雄居全國首位。
進入21世紀以后，山東�；涌炝税l(fā)展的步伐，先后上馬了純堿廠60萬噸/年純堿項目，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/年苯胺項目。
同時山東�；c西門子的合作也進入了一個新階段，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年初投入運行，三年來取得了很好的經(jīng)濟運行效果，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/年苯胺項目。為山東海化向化工產(chǎn)業(yè)的縱深發(fā)展邁出了堅實的步伐。
上海西門子工業(yè)自動化有限公司近年來完成了多個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)集成的較強實力和豐富經(jīng)驗。這些項目的成功實施同時也證明了PCS7在化工領(lǐng)域運用的優(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
苯胺裝置采用化學工業(yè)第二設(shè)計院提供的生產(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單元。各單元簡介如下：
1．硝化單元
苯和硝酸反應(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行處理。
6．氫壓機單元
共4各氫壓機組，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，在本體設(shè)計時增加了很多防爆的安全裝置，如采用加固裝置、安全閥、防爆閥和信號隔離等。同時還采取了德國HIMA提供的ESD緊急停車系統(tǒng)，以降低裝置運行的風險。ESD通過Modbus和DCS進行通訊。
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)場總線的技術(shù)。
開放式網(wǎng)絡結(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)級到管理級的整個信息系統(tǒng)最優(yōu)化；在全集成自動化的環(huán)境下，采用統(tǒng)一的自動化平臺實現(xiàn)對整個工廠的自動化控制和管理。
全集成自動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。應用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和各工業(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，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，基于這種環(huán)境，技術(shù)人員可以在同一個平臺下對所有應用進行組態(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)的特點是：CPU冗余、電源冗余、I/O冗余、Profibus-DP冗
余、以太網(wǎng)冗余、服務器冗余，冗余SERVER-CLIENT結(jié)構(gòu)，雙層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，控制網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)、終端網(wǎng)絡為局域網(wǎng)。穩(wěn)定性顯而易見，同時還具有很強的擴展性和移植性。
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)置和編程都十分簡單易懂。ESD把自身的狀態(tài)及其采集的信號狀態(tài)、ESD報警和動作等信息通訊給DCS，以方便操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題并采用相應措施以維持裝置的安全運行。
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)完成的重點分析
基于苯胺裝置的危險性，在工程之初，設(shè)計院、海化天祥化工廠及上海西門子工業(yè)自動化有限公司就對監(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；同時增強了監(jiān)控系統(tǒng)的冗余，特別是IO冗余。同時�；煜榛S的工程師還提出了控制網(wǎng)絡環(huán)網(wǎng)的監(jiān)控。這里，就IO冗余和控制網(wǎng)絡環(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，使得當一個卡件或通道故障時相應的IO信號仍然能夠保持正常。
本項目中，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：
在本項目中，模擬量輸入為4線制或2線制4－20mA信號，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量方式。
1.1 硬件設(shè)計
下圖為接線原理圖:
由于一個信號要接入兩個卡件，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）
當信號為4－20mA 2線制時，接線方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應通道）
當信號為4－20mA 4線制時，接線方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應通道）
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，在本項目中測量類型應為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)置只對主卡件（低地址）設(shè)置，可以認為備用卡件不存在。
1．3 CFC
在CFC中，只需對冗余IO的低地址進行組態(tài)，可以認為高地址的卡件不存在；且冗余IO的驅(qū)動塊必須放在和卡件過程影像區(qū)對應的OB中，否則有可能出現(xiàn)信號不穩(wěn)定。本項目中，卡件過程影像區(qū)為PIP1，對應的OB為OB35，所以驅(qū)動塊應放在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
運行PST工具s7wnpstx.exe（該工具可以從西門子網(wǎng)站上免費下載），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默認為admin。在如下的OSM配置頁面內(nèi)可以對OSM進行具體配置，如，是否監(jiān)視電源輸入，是否監(jiān)視兩個光纖口的狀態(tài)，等等。
2．1．2 OPC設(shè)置
添加OPC SNMP節(jié)點OSM，做相應設(shè)置并Export Tags for Wincc（具體步驟略）。
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設(shè)置如下。
。點擊該圖標，
