PCS7 DCS系统在苯加氢过程控制中的应用

摘要: 主要介绍西门子PCS7 DCS系统在莱钢焦化厂苯加氢过程控制中的应用,通过对硬件结构、软件编程的阐述以及应用实例对焦化苯加氢自动控制系统进行初步了解。

关键词: 苯加氢;PCS7;过程控制

中图分类号:F426 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0910135-01

0 引言

在现阶段焦化苯加工工艺中,苯加氢工艺属于先进工艺。其基本原理是通过焦化轻苯与氢气在高温、高压下进行一系列脱硫、脱氮、脱氧及芳香烃的氢化反应后,通过物质沸点不同,提取出苯、甲苯、二甲苯等产品,相比酸洗苯工艺有着产品收率高、纯度高、成本低、环境污染小等优点。由于苯加氢工艺高温、易燃、易爆的特性,大量的数据需要监测和控制,DCS系统的控制和联锁在整个工艺中必不可少。利用先进的DCS控制系统可以加快生产节奏,减轻操作人员工作负担,高效生产出合格的苯类产品。

1 系统组成

1.1 PCS7 DCS系统简介

PCS7 DCS系统是西门子公司开发无缝集成的DCS系统,应用领域广泛。它带有典型过程组态特征。

PCS7 DCS系统具有以下特点:

1)分布式客户机/服务器架构;

2)HMI系统,带有集成的基于SQL服务器的归档系统;

3)基于IEC 61131的集中式,工厂范围内的工程系统;

4)通过现场总线PROFIBUS,现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成;

5)在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障安全相结合的形式,高可用性和故障安全相结合的形式;

6)大容量架构、在线修改;

7)客户机-服务器结构;

8)热插拔(运行中插入和拔出模块);

9)冗余(控制器、模块和PROFIBUS)。

这些特点增加了用户设计、使用与维护的便捷性和稳定性,成为了对设备稳定性、通用性要求较高的苯加氢工艺的首选设备。

1.2 硬件配置

1.2.1 通讯

焦化苯加氢PCS7 DCS系统,采用了PROFIBUS-DP通讯模式。PROFIBUS-DP是国际化和开放式的现场标准总线,主要用于分布式设备间的数据传送,具有速度高、成本低、运行稳定等特点。总线物理层使用RS-485双绞线、双线电缆或光缆,波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括:站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统包括以下三种不同类型设备:

① 一级DP主站(DPM1):一级DP主站是中央控制器,它在预定的周期内与分散的站(如DP从站)交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

② 二级DP主站(DPM2):二级DP主站是编程器,组态设备或操作面板,在DP系统组态操作时使用,完成系统操作和监视目的。

③ DP从站:DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的设备(I/O设备、驱动器、HMI、阀门等)。

1.2.2 硬件与网络架构

控制器采用先进的AS417冗余控制系统,具备连续过程控制、程序控制和批量控制等功能,完成全部的监测、调节、逻辑、批量控制及各种联锁保护等功能。DCS系统的控制器、电源、通讯总线以及所有与控制回路有关的部件(主要是I/O卡件)等都按1:1冗余配置。

由于通讯网络庞大,通讯节点较多,单纯的使用DP电缆无法满足ET200M从站与中控室主站的通讯要求。因此苯加氢DCS系统中,主站与从站、从站与从站之间的通讯使用了RS-485光缆模式,通过OBT(光信号与电信号转换模块)连接各分布式通讯设备。

DCS系统设置控制站3套,通过工业以太网与3台交换机进行通讯。操作站(OS)及工程师站(ES)通过以太网与交换机相连,交换机与交换机之间亦有光纤冗余环网进行数据的传输。这种通讯网络构架保证了操作站(OS)及工程师站(ES)中任意一台上位机均可控制3套控制站的任何数据,也避免了一台操作站的失效导致整个系统无法进行操作情况的发生。

2 硬件、网络与程序的组态

2.1 硬件组态

在西门子PCS7编程软件PCS7V6.1建立项目,进行项目的硬件组态。主要是选定硬件架构中各元件的型号及组态次序。在进行组态时,要保证CPU、各模板及ET200M使用的型号及模板

列次序与现场一致。苯加氢工程在设计时选用了西门子高端的S7 414-4HCPU模块,该模块的所组成冗余系统使用非常稳定,满足了苯加氢工艺的需要。在确保组态与现场实际使用型号无误后,编译并下装至CPU,此时即可在线监测各个DCS模块的工作状态。若出现错误,则在组态栏中会有明显提示,包括模块地址、错误信息等,方便编程人员对错误查找、消除。

2.2 网络组态

西门子PCS7系统网络配置完成后,利用编程软件PCS7V6.1进行网络的组态。包括PCS7个通讯模板的选择、连接次序的排列、通讯协议的选定等。在图1中,CPU与交换机的通讯通过CP443-1以太网通讯模板来实现,而CPU与ET200M从站则是通过CP443-5通讯模板通过DP总线进行通讯。在网络组态时需要注意的是各个通讯设备的PROFIBUS-DP地址须与现场一致,且不能冲突,否则无法进行数据通讯。在完成网络组态后,编译并下载至CPU,通过在线监测监视网络的通信状况。

2.3 程序组态

程序的组态实现工艺中的各个控制功能,是DCS系统控制的最终目的。苯加氢DCS系统使用了PCS7编程软件中图形化编程CFC编程功能。它是连续功能图,适用于组态控制回路,具有图形化的编程界面。编程时只需连接管脚,不必关心程序运行的细节,可以调用PCS7内容丰富的程序库中的功能块,而且还可自己编写专用的功能块。以上这些特点简化了程序的编写,降低了编写人员的编写难度,编写的程序一目了然,便于程序修正和系统维护。

3 结语

由于采用了PCS7 DCS系统,使得苯加氢的生产更加安全和高效,降低了操作人员的劳动强度,提高了工艺各项控制精度和操作指标,为焦化企业带来了巨大效益