PCS7 在钛白粉厂中的应用

　　本文介绍了PCS7在钛白粉厂中的应用,分别对其应用的硬件、软件和网络,分析其特点、用途,实现管控一体化。

　　一、项目简介

　　钛白粉已成为世界无机化工产品中销售量最大的 3 种商品之一,仅次于合成氨和磷酸,列第三位。我国的钛白粉总产量徘徊于世界第三名到第二名之间。中核华原钛白股份有限公司是中国首家引进国外先进技术和关键设备建设的国内第一座万吨级钛白粉生产企业。由于一期生产线已应用十几年,为增强企业后劲,开创新的经济增长点,钛白二期生产线建设也就应运而生,此时,年生产能力将达到3 万吨。

　　二、系统介绍

　　目前,世界上生产钛白粉的方法有两种:硫酸法和氯化法。 此次二期工程采用工艺比较成熟的硫酸法,共分31 个工段,工艺流程见下图:

　　

　　三、控制系统构成

　　本工程控制系统采用西门子的PCS7 控制系统,SIMATIC PCS7 系统是面向工业过程的分布式的全集成控制系统, 拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库,能大大节省系统编程组态的时间和费用。它综合了DCS,PLC 及现场总线的技术。开放式系统网络、开放式操作系统、以及开放式接口使公司范围也即从生产级到管理级的整个信息系统集成最优化。它采用模块化结构,可按系统进行配置,具有高电磁兼容性和强的抗震性、冲击性,具有很高的工业环境的适应性。无排风扇结构,易于实现维护,易于掌握等特点。当控制任务增加时可自由扩展。由于简单适用的分散式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活。

　　具体配置见下图:

　　

　　从上图可以看到:该工艺控制系统将钛白二期的6 台AS、2 台冗余的服务器、 7 台操作监控站OS 和钛白一期的TELEPERM M 控制系统、办公楼的管理网络用光纤连接起来。组成两级环行光纤冗余以太网。 6 个AS(CPU416-3)的Profibus DP 总线上共连接40 个ET200M站、72 个其它厂家的DP 站和42 个3UF50。采用 SIEMENS 高速以太网光纤通信模块 OSM, 大大加强了网络抗电磁干扰的能力, 省去了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压保护的措施, 使得控制系统安全可靠, 风险系数大大降低。由于网络广泛地采取了冗余技术,使系统的可靠性得到了充分保证。

　　该控制系统的特点如下:

　　过程控制级:我们采用- Profibus DP,它是在欧洲乃至全球应用最为广泛的现场总线系统。ProfibusDP 是一个主站/从站(Master/Slave)总线系统,主站功能由控制系统中的主控制器来完成。主站在完成自动化功能(调节、控制)的同时,通过循环的和非循环的报文对现场仪表及智能电气设备进行全面的访问。PROFIBUS-DP 总线的构成介质,可以是双绞线电缆,也可以是光缆。其最大长度可达23.6KM(公里)。而其通讯速度可达12MbpS。亦即ET-200M 站可以放在信号比较的集中现场,用一根双绞线电缆,把现场的测量,用数字通讯的方式送到控制器中。这样可以省掉大量的电缆和桥架与安装、调试工时,仅硬件线缆及接线就比传统的集中控制就节省40%的费用。每条PROFIBUS-DP 总线最多可接 96 个ET-200M 站。各ET-200M站是经PROFIBUS-DP 总线串联起来的。在每一个AS 的扫描周期的开始,AS 的CPU 将所有的输入信号,只用几十个微妙的时间内送进控制器中,并存在RAM 的PII 区中。在扫描周期的末尾,又把所有的输出信号,送到输出模件中去。

　　此次AS 站采用CPU416-3,它可以拓展成3 条PROFIBUS-DP 总线,此次我们采用2 条DP总线,一条用于连接ET200M 站,采集仪控信号,此ET200M 带有带电热插拔特性, 允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔, 而无需停止系统,大大提高了系统的可靠性。另一条DP 总线用于采集电气信号,用于连接SIMOCODE-3UF50 以及其它厂家的DP 站。此次75KW以上的电机保护选用SIMOCODE-3UF50,实现了电机的开关柜、继电器柜、现场操作箱一体化,从而大大减少了它们互相之间的连线,带来的好处是不言而喻的。从而实现电机超温、相不平衡、超电流、卡机、断相、停机时间的自动保护；可得到:三相电流数值、电机的实际温度、相间的不平衡情况、断相记录、电机的开关状态、电机的开停次数的统计、脱扣次数统计等参数,并且传到上位机OS,使得电机的运行状态变得清晰起来；

　　车间管理级:

　　采用环行光纤以太网,将6 个AS 和两台冗余的服务器连接到一起。整个控制系统的控制中心,即两台互为备用的服务器设置在集控室内。 集控室还设置一台工程师站,用于系统控制程序的编制、调试、在线修改。服务器运行的一 套软件将完成中央管理、现场分散控制和通讯等所有的控制功能,所有现场控制软件都在控制中心进行开发、修改、调试和下装。冗余中心服务器与操作员站和工程师站通过冗余的以太网相连。PCS7 系统网络结构以模块化计算机网络为基础,使用工业级标准的操作系统、通讯网络和协议。该系统采用主从客户机服务器方式。一台专用的服务器用来为诸如操作员界面单元的多用户服务。系统不采用分散式的数据库或者将数据库复制后存储于操作员站的方式。该系统的网络全面支持系统的数据采集、控制及图形用户界面等系统功能。应用标准的软件和硬件,该网络支持多种广域网,已将可能的接点连接成为一个整体的系统。网络协议为TCP/IP,通过系统应用程序直接生成界面。该系统支持用全功能的图形操作界面通过标准的拨号方式进行远程组态和操作。该系统为可扩展的结构以便于将来系统的扩展。一方面,新增加的操作员站不需要添加另外的数据库服务器和I/O 服务器就能连入系统,另一方面,数据库容量的增加也是简便易行的,例如只需要输入一个新的授权使用号,而不是增加另外的数据库服务或I/O 服务器。现场的雷蒙磨、球磨机、闪蒸设备都是厂家供的成套设备,控制系统是独立的,我们需要与之通讯,因为SIEMENS 的PCS7 控制系统具有很强的软连接技术,使我们的工作变得简单容易。