PCS7

PCS7（精选7篇）

PCS7 篇1

SIMATIC PCS7依然采用当下比较流行的上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面, 利用开放的现场PROFIBUS总线和工业以太光纤网实现生产现场检测点的信息采集和各数据终端的系统通讯, 采用S7自动化系统作为现场自动控制单元实现过程控制, 以灵活多样的离散分布式I/O模块接收现场传感检测信号, 并加以处理最终汇集到CPU中。SIMATIC PCS7采用国际标准的编程思想和现场模块库, 提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场模块库提供大量常用的现场设备信息及功能块, 可有效简化组态设计工作, 缩短程序汇编周期。

1 系统功能

PCS7具有人性化的操作界面及丰富的数据、功能块库, 可以简化程序设计的时间, 并且宏观简单明了, 便于后期维护人员的读写、优化性的更改。整个系统的硬件和STEP7相似, 都是基于现场一一对应的硬件组态, 而系统控制软件全部拟合在SIMATIC程序管理器下, 形成一个比较直接的树形网络层次管理。整个系统的优越性、性价比都达到了一个新的高度, 但是, 比较明显的闪光点是在网络结构的构成上其更具多元化 (即标准工业以太网光纤通讯和PROFIBUS网络DP通讯) 。

在某种意义上说DCS和PLC的控制理念思想狭义上是具有局限性的, 其很难将仪控、电控、液控、检测技术等控制手段恰如其分地有机融合。而PCS7通过冗余的环形10 Mbps光纤 (工业以太网) 相互通讯, 将现场的数据统一供给到S7400的中央处理器, 整个产线所有设备的运行状态和在线数据都将在过程控制系统程序的模块单元和PLC控制室的服务器上显示。

现场网络模式果断采用SIEMENS高速以太网光纤通信模块OSM, 可以有效地减少电磁干扰带来的影响, 并且在信号衰减的问题上我们也不用过多的操心, 甚至在防雷性和抗过压性上较双绞线也有很大的优越性, 总而言之, 在可靠性、安全性上以太网光纤给与现场通讯的是一劳永逸。

PCS7现场控制系统采用带有带电热插拔特性的SIMATIC ET200M离散分布式输入/输出控制系统。ET200M是一种模块化的分布式I/O站, 通过IM-153接口模块、总线连接器与Profibus-DP现场总线连接。基于SIEMENS STEP7地址分布情况, 在ET200M上的分散I/O、计数节点的地址的分布与传统的寻址方式是类似的, 所以在程序汇编时就和编制STEP7语句表程序一样, 而且模块地址可以随意改变, 以迎合调试时的需要。ET200M允许现场控制站中的信号模块在设备运行的情况下插拔, 且不需要停止整个系统, 极大得提高了处理故障的效率。

主系统所有的分布式远程ET200M从站和SIPOS的电动执行机构通过PROFIBUS-DP现场总线与CPU进行通讯, 波特率最高可达12Mbps。PROFIBUS-PA实现了一对双绞线即可完成仪控数据上传及供电。而且可得到更多的现场仪表信息, 减少备件费用等。

2 简要介绍控制系统中的功能图

2.1 连续功能图 (CFC)

CFC是一种用于图形化组态连续自动化功能的工具。通过功能强大的自动布线和集成报文组态, 预定义的块可以在CFC中定位、进行参数化和互连。在生成一个新的CFC时, 可以根据图名生成一个顺序组。所有安装在顺序图中的块可以自动添加到该顺序组。在编译时可对顺序进行优化。根据算法先确定最佳的块顺序, 然后是组顺序 (见图1) 。

2.2 顺序功能图 (SFC)

SFC可用于图形化组态批量生产的顺序控制。每个SFC都具有用于控制和用于状态信息的输入及输出。如果需要的话, SFC可直接在CFC中定位和互连。只需简单的操作, 即可选择所需的CFC块连接, 并连接到定序器的步或过渡点 (见图2) 。

3 过程控制的实现

用冷床区的编组小车的过程控制来讲解一下其功能的实现。起初应检查小车是否符合进行循环的条件 (小车的后退到位和下降到位的信号同时满足) , 在检测到辊道上是钢已经到位的时候, 辊道上的光栅会发出一个信号使得小车的开始进行自己的循环。小车进行循环的第一步是小车升起拖住辊道上的钢材, 上升信号收到以后使小车前进的命令发出, 小车开始前进, 前进的距离为设定值, 由编码器检测实际小车行走的距离与设定值相等的时候停下来, 这时候小车的前进到位信号应该反馈给PLC。接受到前进到位信号的时候小车开始下降, 得到下降到位信号的时候推钢机开始向一段移动齿条上推钢, 推钢机每步行程的大小可以根据钢材的规格在事先设定好, 它还可以根据钢的支数设定它的步数。推钢机走完一步后移动齿条向前走一步, 接下来推钢机开始走第二步, 移动齿条在重复的走一次, 直到推钢机的前进到位信号传给PLC, 然后推钢机返回到后退到位处准备下一次的循环。在小车下降到位信号输出的时候小车开始向起始位返回, 这段距离也是由编码器反馈的。后退到位信号收到的时候这个循环结束, 编码器数据清零。在这个循环里所有检测元件的信号都被分布式远程I/O分站 (ET200M模块) 采集, PLC把命令传达到各个设备上。这些都是通过PROFIBUS-DP现场总线与系统控制器进行通信, 进行数据交换。整个的循环是靠PCS7中的顺序功能图 (SFC) 来实现的。

冷床区的其他循环都是这么按照顺序功能图 (SFC) 的方法编制出来的。其间使用了很多的检测元件, 检测元件对全自动的实现起到了相当大的作SIMATIC PCS7控制系统能把人们用语言描述出来的东西用程序编制出来让其实现。

4 结束语

PCS7过程控制系统的优越性是异常明显的, 通过很多同行企业的实践已经得到了证明。简便的组态, 快速、准确、平稳、可靠的操作系统, 并配合好PDA的实时监测可以达到事半功倍的效果。而且基于PCS7的多画面、可批量Wincc操作界面更加便于操作人员的操控, 并辅之以具有录像功能的工业监控摄像系统, 可以随时观察生产过程并记录, 对异常的响应也会更迅速。

摘要：本钢特钢进行大规模技术改造之后, 自动化程度高, 现场控制自动系统采用了SIEMENS的SIMATIC PCS7控制系统。SIMATIC PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术, 在继承S5、S7系列可编程逻辑控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上, 面向并针对所有现场过程控制应用场合的先进过程控制系统。本文阐述了过程控制系统PCS7在本钢棒材线上的应用。

关键词：SIMATIC PCS7控制系统,I/O模块,CFC,SFC

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2003.7, 20-25.

[2]孙海维, 崔世钢.SIMATIC可编程序控制器及应用[M].北京:机械工业出版社, 2005, 30-91.

[3]唐怀斌.工业控制的进展与趋势[J].自动化与仪器仪表, 1996 (4)

[4]S7-300/400PLC应用技术/廖常初主编.-北京:机械工业出版社, 2005.1.

PCS7在植物提取中的应用 篇2

现代植物提取工艺渐渐取代技术落后的传统提取工艺, 设计更合理、物料和能源衡算更准确、工艺设备也更加先进, 一些连续化、管道化、提高收率节约能源的成套设备逐渐能适应大规模的植物提取生产。先进合理的自控化生产线可以改变密集型劳动方式, 实现集中监控, 操作直观、可靠, 自动化控制是实现先进工艺的基础和前提。通过计算机平台, 记录整个生产过程中所需要的数据, 为产品顺利通过相关认证, 顺利走向国际市场铺平道路。

1.1 项目背景

株洲千金药业股份有限公司投资新建前处理车间, 包含煮提和粉碎两大部分。为提高劳动生产率, 提升产品质量, 塑造国内一流中药生产前处理提取车间, 决定引进提取浓缩自动化控制系统, 前处理车间共有6套煮提浓缩生产线, 设备全部采取一一对应方式布局。

1.2 目的及要求

目的: (1) 煮提浓缩自动控制系统整体设计, 实现煮提浓缩生产操作设备全自动化流程控制; (2) GMP批生产管理信息化功能 (含生产记录报表自动生成、电子签名、配方管理、批生产管理、生产现场监控系统等) 。

要求: (1) 通过自动化控制可实现连续化生产; (2) 过程数据可记录、可监控; (3) 提高原料、能源和设备的利用率; (4) 增加产量, 缩短生产周期; (5) 控制精度大大提高, 减少人为误差, 降低成本和不合格品率; (6) 通过网络, 可完成数据共享, 实现全厂ERP数据分析、质量跟踪等功能。

2 控制系统构成

根据生产的目的及要求, 该项目的系统集成商 (上海朗脉科技有限公司) 经过权衡, 最终选用了性价最优的SIEMENS PCS7系统, 网络拓扑图如图1所示。

2.1 系统结构描述

整个系统分为3层:现场仪表层、控制层和管理层。

(1) 现场仪表层负责采集现场工艺过程数据及执行最终的控制命令;

(2) 控制层通过I/O输入模块将现场仪表的数据传送到S7-400控制器, 经过逻辑运算, 通过I/O输出模块控制阀门、电机等设备的开关、启停等, 完成调节功能;

(3) 管理层是操作人员的监控管理平台, 通过ES/OS等完成参数调整、设定、配方管理、实时和历史数据记录、趋势、报表打印、电子记录和电子签名等功能, 同时通过OPC, 完成其他如全厂ERP的要求, 实现数据共享。

2.2 采用分布控制, 集中管理控制结构

按功能区域, 设置了提取和浓缩等远程I/O从站, 节省了现场电缆的铺设, 使整个网络结构更清晰, 危险分散, 也便于日常维护;同时, 在分站配置了触摸屏 (HMI) , 操作人员也可在现场, 直接对过程参数进行修改和观察设备运行情况。

设置中央控制室, 将各个区域的生产过程数据集中管理, 便于操作人员掌握6条线整个的生产状况, 做出及时、准确的判断, 完成必要的操作。

2.3 PCS7的行业优势

SIEMENS是当今主流控制系统供应商之一, 选择PCS7是基于以下几个方面的需要:

2.3.1 配置灵活功能强大的需要

SIEMENS控制系统设备层网络采用Profibus-DP (通讯速率最快达12 M bit/s) 总线结构, 各主站间令牌传递, 主站与从站间为主—从传送, 支持单主或多主系统, 总线上最大站点数 (主—从设备) 为126个。

管理层采用标准的工业以太网, 非常灵活, 几乎可以满足客户各种需求, 为以后系统升级及扩展留有空间, 同时它的开放性可以非常方便地实现各系统间的数据共享。

2.3.2 行业应用的需要

PLC结构有结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高和价格低等优点, 而DCS的通讯管理能力较强, 在复杂的过程控制中占据优势。

千金提取项目既有配方改变时的间歇化过程 (离散或批处理) , 又具有连续性生产的特点, 所以需要选择一个集PLC与DCS优点于一体的控制系统, 这种系统既能很好地实现逻辑与顺序控制, 并具有传统PLC所具有的灵活性、低价位等优点, 又能很好地完成过程控制, 以低成本来实现高技术水平的自动化。

正是这样的需求使得“混合控制系统”应运而生, SIEMENS的PCS7是一种具有混合控制策略的DCS控制系统, 是基于全集成自动化理念的DCS产品, 硬件采用传统的PLC产品, 保证了可靠性和性价比, 同时又为用户构筑了一个公共的、集成的软硬件开发环境, 可以满足各种领域, 包括植物提取领域自动化系统设计和集成的需要。

2.3.3 BATCH的需要

产品质量要保持稳定性, 且针对瞬息万变的市场要能够迅速作出对策, 产品要符合重复生产的要求 (遵循FDA规范) , 能够遵循控制标准, 而且能最大限度地使用工厂设备以便帮助用户最大限度地获取经济效益, 这些都对工厂自动化提出了严格的要求。

在千金提取项目中, 不连续的过程 (指离散过程或批处理) 具有重要的作用, 所以我们将重点集中在对批量过程控制的优化方面。为了实现更短的生产周期, 并不断满足用户对生产率的需求, 作为批量设备进行设计构思和实现就成为当前全集成方案需要考虑的内容之一, 新的批生产工厂一般都被设计成多功能型。批过程的自动化控制需要有非常高的灵活性, PCS7过程控制系统为批控制的经济和高效提供了一个成功的解决方案———SIMATIC BATCH, 其特点主要有: (1) 模块化结构, 具有灵活的硬件和软件扩展功能; (2) 通过系统接口将SIMATIC BATCH紧密地集成到HMI和PCS7工程开发系统中; (3) 独立于配方的设备; (4) 基于ISA S88.01的分级配方; (5) 基于最新的XML格式, 存储、归档和完整地记录批生产数据; (6) 基于单元分类基础上的ROP库文件的开发; (7) 节省工程开发和验证的时间; (8) 批服务器也可以进行组态, 以获得更高的有效性; (9) SIMATIC BATCH在工厂可视化系统中的全集成意味着可以方便地实现监控, 以及针对过程故障的快速反应; (10) 全面的批生产报表确保了完整的产品文档; (11) 工程数据只需要输入一次, 该数据就可以供所有PCS 7组件使用; (12) 不仅可以大大地缩短开发应用程序的时间, 而且将出错率降到最低; (13) 使用一个标准的SIMATIC接口, 就可以将SIMATIC BATCH链接到更高层的IT (MIS/MES) 系统; (14) 可以使用一个开放的API接口, 来开发和第三方软件包之间的自定义接口; (15) 认证支持。

3 主要控制回路

千金制药植物提取的过程可分为6步, 分别是投料、提取、分离、浓缩、纯化和干燥 (本项目中未包括) 。

3.1 投料

原料经过筛选、清洗、切粒后, 通过离线或在线称量, 可选择人工或自动投料, 设计如下: (1) 引导操作。现场安装操作箱, 通过状态指示灯和操作按钮, 显示系统的运行状态, 引导操作人员完成每一步工作; (2) 试漏检测。投料前, 需进行试漏检测, 现场的操作箱指示灯显示试漏状态, 向罐内灌入压缩空气, 通过压力传感器的反馈信号的实时曲线图判断试漏结果; (3) 自动称量。投料量可人工称量, 然后输入到操作员站的配方管理菜单中, 或者通过在线称量系统, 实时将数据传输到上位机系统;投料结束, 关闭投料口阀门, 系统进入下一步流程。

3.2 提取

根据原料中各种有效成分溶解度的性质, 选用对需要成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂, 项目采用的是水提醇沉的工艺, 将所需要的活性成分从原料组织内溶解出来。影响提取效果的几个关键因素及对应控制有以下几点:

3.2.1 浓度差

浓度差是扩散的主要动力, 所以在提取过程中要保持较高的浓度差, 以加速溶解, 加入的溶剂量要控制得非常好。我们在操作界面上设定进水量, 进水管道安装流量计, 系统对流量值做累计, 达到设定点时关闭进水阀门, 画面上显示流量瞬时值和累计值, 同时做历史数据记录。

3.2.2 提取温度

自动加热和亚沸腾是提取过程控制中的关键, 我们配置的仪表设备有:提取罐夹套层蒸汽气动角座调节阀、夹套疏水阀管路气动角座开关阀、提取罐内温度变送器、直接蒸汽加热阀 (以提高加热速度) 。

加热煎煮阶段控制流程: (1) 打开直接蒸汽加热阀, 同时将夹套蒸汽调节阀开到最大100%; (2) 开始加热时打开疏水器的旁通阀, 排除夹套中产生的冷凝水; (3) 2 min后 (时间可设定) 关闭旁通阀, 快速地使物料温度升高从而提高生产效率; (4) 当温度上升至接近设定温度-10℃ (可设定) 时, 关闭直接蒸汽加热阀, 防止受温度滞后的影响, 导致加热温度过高; (5) 夹套蒸汽调节阀的开度信号、罐内温度传感器的反馈信号形成PID闭环自动控制; (6) 根据温度的上升曲线, 自动调节蒸汽阀门的开度, 使温度上升的曲线平滑, 将罐内的温度控制在设定温度的±1.5℃左右, 使罐内料液保持亚沸状态; (7) 罐内温度变送器的数值达到设定的计时温度值时, 控制系统开始计时; (8) 计时到达设定的时间后, 关闭蒸汽调节阀。

3.3 分离

前面提取工段的提取液仍是混合物 (包括有效成分和杂质) , 需要作进一步的分离, 才能得到所需有效成分, 有效成分如生物碱、苷、有机酸、多糖等易溶于水和乙醇, 而蛋白质、淀粉、粘液质、数胶和无机盐等杂质均不溶解于高浓度的乙醇。所以, 这里我们加入高浓度乙醇, 既能通过沉淀去除杂质, 同时也保留了既溶于水又溶于乙醇的植物有效成分。控制方面关注以下几点:

3.3.1 进料控制

加入乙醇量要准确, 当溶液中乙醇的浓度在50%～60%时, 可去除淀粉杂质;含醇量达75%时, 可除去蛋白质等杂质;当含醇量达80%时, 几乎可除去全部蛋白质和多糖、无机盐类杂质。

3.3.2 醇沉时间

醇沉前提取液需要冷却, 醇沉时间一般为24 h以上。

3.3.3 出料控制

(1) 当提取完毕后, 进入出料阶段; (2) 判断提取液储罐的液位, 是否允许出料; (3) 如果允许打开提取罐的出料阀, 打开出料总阀, 打开储罐进料阀; (4) 延时启动出料泵, 通过流量计对出料进行计量。

3.3.4 二次提取

一次提取出料完成后, 根据工艺需要, 系统可重复自动控制加水→自动加热、温度控制→出料控制等一系列操作, 进行二次提取, 提高原料的利用率。

3.4 浓缩

这里采用减压蒸发的方法使溶液中溶剂 (乙醇) 气化并除去, 从而提高提取液溶质的浓度, 促进溶质析出, 减压蒸发是使蒸发器内形成一定的真空度, 将溶液的沸点降低, 所以有蒸发温度低、蒸发速度快的特点, 同时因为收膏时温度较低, 浸膏不易产生焦屑;减压蒸发既能浓缩、又能回收乙醇, 为目前较为先进的蒸发方法。

项目中采用的是双效浓缩工艺, 其流程如图2所示。双效浓缩器通过真空泵抽真空, 在真空状态下, 不断抽取提取液储罐中的液体, 通过一效列管式加热器加热, 利用热动力使提取液在一效列管式加热器和蒸发室之间循环, 蒸汽随真空管道进入二效列管, 进行二次加热;一效、二效的蒸汽冷凝液进入平衡罐, 使提取液不断浓缩, 直至提取液密度达到要求。其控制回路如图3所示。

3.4.1 进料控制

主要通过进料调节阀和蒸发室液位形成一个闭环控制, 从而实现蒸发室液位稳定在设定值, 实现连续进料。

3.4.2 浓缩控制

由于系统真空泵能力一定, 每小时抽走的蒸汽量有限, 所以浓缩器内的温度压力控制是相互关联的, 当加热蒸汽量太大, 蒸发室内的蒸汽量会大大增加, 如果真空泵不能及时抽走这些蒸汽, 蒸发室内的压力就会上升, 随着压力上升, 蒸发室内液体的沸点将会上升, 同时会导致蒸发室内温度升高, 反之则产生相反的结果。所以, 应以温度为主控参数, 压力为辅助控制, 将两个控制回路有机地协调好, 就能保证系统稳定浓缩。

3.4.3 消泡控制

一般植物药液在真空浓缩过程中容易产生泡沫, 可通过泡沫传感器将泡沫信息传递给控制器, 控制器得到信号后, 调节真空阀, 迅速破坏真空系统, 泡沫自然消除。

3.4.4 密度控制

密度在浓缩器的控制中很关键, 比如水提液要浓缩至比重在1.1～1.2左右, 太稀会浪费乙醇, 太浓沉淀效果差。在这里安装了在线式密度计, 控制系统在浓缩后期自动判断浓缩液的密度, 跟踪生产的进行, 作出合理的操作和判断, 保证产品质量的稳定。

3.4.5 配醇控制

目的在于控制配醇的量及配醇浓度, 考虑植物提取生产实际情况, 配醇控制精度要求不高, 所以安装了两台流量计, 一台用于计量加水、一台用于计量加醇, 在粗醇和精醇罐上安装酒精浓度计, 操作站选择配醇源粗醇或精醇罐、设置配醇浓度及配醇量, 系统经过计算, 自动完成操作。

3.4.6 冷凝水自动排放

浓缩过程中会产生大量冷凝水, 在浓缩不停止的情况下自动将冷凝水排出。

3.4.7 自动出膏

设备安装液位变送器, 液位低报时, 系统停止浓缩, 进行出料控制。

3.4.8 CIP清洗

整套装置可实现在线自动清洗功能, 用户可定义分设备、分段或整条生产线的清洗。

3.5 纯化

纯化的作用是将分离出来的提取物上清液和乙醇进一步分离、浓缩, 一般和双效浓缩罐配套使用, 主要设备是精馏塔。精馏塔的作用是通过反复的汽化与冷凝操作, 将酒精与水的混合液根据不同的沸点进行分离。酒精与水的混合液由精馏塔中段进入塔内, 打开再沸器蒸汽进口阀, 当温度升高后, 汽化液进入冷凝器, 一部分打回流, 一部分去浓乙醇罐, 根据塔顶温度以及塔间温度实现对回流比的调整控制, 这里主要控制回路包括: (1) 预加热温度控制。进料酒精预加热系统地温度控制, 通过PID控制蒸汽阀门的开启度。 (2) 加热釜温度控制。加热釜的温度控制, 通过PID控制蒸汽阀门的开启度。

4 实现功能

(1) 通过物理量控制、化学量控制、设备单元组合、控制信息化等4种基本控制手段, 达到生产过程的管理与现场的执行结合, 实现管控一体化; (2) 将管理信息与控制信息有机结合, 为建立生产过程质量管理分析系统及信息库提供数据来源及接口; (3) 通过物理量控制和化学量控制等方式, 达到中药提取生产过程和质量控制数字化的目的; (4) 通过批处理、电子签名保证产品的生产质量安全; (5) 通过记录每班次操作人员或每批次的生产成本核算、生产效率管理为车间考核提供科学的依据; (6) 通过授权管理和访问许可使企业管理层相关领导经企业局域网看到相关数据和报表等信息; (7) 生产部门相关领导能通过系统权限验证来下发生产指令和工艺配方管理, 实现管控一体化。

5 结语

项目进行当中, 使用西门子自动化产品PCS7的体会: (1) 具有过程控制系统的所有特性和功能, 过程控制简单而安全、方便信息网络和现场总线及仪表的集成, 设计模块化, 系统的扩展性强; (2) 现场总线技术大量节省了电缆的费用, 也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用; (3) PCS7采用符合IEC—1131—3国际标准的编程软件和现场设备库, 提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备提供大量常用的现场设备信息及功能块, 可大大简化组态工作, 缩短工程周期; (4) BATCH的组态非常方便灵活, 易懂、易学、易会, 可靠性高; (5) PCS7具有ODBC、DDE、OPC、OLE等标准接口, 并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络, 从而具有很强的开放性, 可以很容易地连接上位机管理系统和其他厂商的控制系统。

摘要：以湖南株洲千金药业某项目为例, 介绍了PCS7系统在植物提取行业中的应用。

关键词：PCS7,植物提取,全集成

参考文献

[1]SIMATIC PCS7组态及编程手册

PCS7 篇3

项目引进加拿大Sherrit Gordon公司氧压浸出工艺, 该工艺经过多年的技术应用与发展克服了目前国内锌冶炼粗放式生产、低水平小规模重复建设、生产成本高昂、环境污染严重、资源利用率低等弊端, 结合当前西门子先进的PCS7 系列集散过程控制DCS自动化控制技术, 在激烈的市场竞争形势下极大的提高了企业生存发展的能力。

2 生产工艺简介

在氧压浸出工艺中, 硫化锌或铅锌混合精矿直接加压氧化成硫酸锌溶液, 硫酸锌溶液的净化和金属锌的电解沉积通过传统工艺来完成。氧压浸出工艺具有以下特点:

(1) 该技术工艺过程简短, 锌回收率高, 生产成本低, 具有很强的市场竞争能力;

(2) 氧压浸出工艺可以和传统的焙烧- 浸出- 电积工艺结合起来, 以利用现有设施扩大产量, 还可以用来独立处理锌精矿, 工艺适应性强。

(3) 氧压浸出工艺将矿石中的硫化物直接回收成硫单质而不是硫的氧化物, 消除了气体排放物, 另一方面, 铁可以沉积为赤铁矿副产品, 其中含有约60% 的铁可以出售, 因而解决了锌厂共有的铁渣处理问题, 能满足日益严格的环保要求。

锌精矿氧压浸出工艺过程分为物料准备、压浸、闪蒸及冷却、硫回收等工序。氧压浸出原理图见附图1 。

3 系统配置方案和特点

3.1 网络结构及硬件构成

在该项目中, 电仪结合紧密, 我们选用S I M A T I C PCS7 控制系统。PCS7 是一种模块化的基于现场总线的新一代总线型D C S过程控制系统, 结合了传统D C S和P L C控制系统的优点, 将两者的功能有机的结合在一起。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台; 所有软件全部集成在S I M A T I C程序管理器下, 有统一的软件平台。系统结合最先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图像处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论, 消除了D C S和P L C系统间的界限, 真正实现了仪控和电控的一体化, 充分体现了全集成自动化的特点, 使得系统应用范围变广, 是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。

针对该项目的工艺特点将控制系统按照工艺在控制上分为精矿处理、氧压浸出、硫回收、中和沉铟、锌净化、锌电积六大系统, 各系统均配备西门子400 系列冗余C P U并在网络上形成环形结构以提高系统的可靠性, 在设备控制方面采用高效稳定的PROFIBUS-DP通讯, 在仪表数据采集方面关键仪表采用先进的ProfibusP A冗余环形网络通讯, 既保证了仪表数据采集的可靠性, 同时利用西门子P D M软件可实现仪表的资产管理功能, 系统的网络结构见附图2 。

3.2 系统主要特点

(1) 用标准化硬件平台, 技术成熟、可靠。软件环境标准、开放, 产品具有延续性, 备件供应简便, CPU分级系列, I/O扩展系列以及对带有与Profibus DP/PA相连接口功能的广泛选择, 可实现多种控制与集成配置方案。

(2) 基于标准S7-400 模板的S7-400H是一个容错 (冗余) 的PLC, 可有效减少生产的停机危险, 更适用于那些需尽量避免故障停机时间的场合。容错性通过两个并行中央控制器实现, 其CPU通过光纤连接, 并通过冗余Profibus DP总线对冗余I/O进行控制。错误发生时, 将会出现一个无碰撞传输控制, 热备单元将在中断处继续执行而不丢失任何信息。

(3) PLC采用双控制器、双电源模块、双通信模块, 系统有无扰动切换功能, 容错型和安全型可满足供电中断和故障保护等特殊要求, 提高系统可靠性。

(4) Profibus DP总线技术的应用, 大大提高了现场仪表与其他智能设备间的数据交换能力。

( 5 ) P C S 7 软件包括硬件驱动程序及S t e p 7 和Win CC, 可集成化为一体, 如在Step7 中定义的变量和消息在Win CC和其他软件中均可使用, 又因其基于Windows平台, 易修改、方便维护。高效的组态软件与Step7和图形工程工具的高级语言相结合, 所有项目数据存储在C P U中。

(6) ET200M故障安全型I/O模板通过Profibus DP总线与S7-400H控制处理机相连, 实现CPU冗余和通信冗余。

(7) 通过使用西门子冗余PA-Coupler和AFDis构建P R O F I B U S - P A冗余环形网络, 提高仪表数据通讯可靠性[2]。

4 工程软件设计

4.1 PCS7 系统软件编程

在P C S 7 中CFC、SFC和SCL作为主要的组态工具, 用于完成传统DCS中连续过程控制任务的组态, 如模拟量的读入和输出、各种过程量的处理和PID调节, 大量离散过程的联锁控制, 顺序控制等。

C F C是一种简洁的图形组态工具, C F C意为结构化的流程控制, 模块化的程序块有助于提高程序开发使用的效率, 同时便于程序调试, 在项目之间具有很好的可移植性, 多样的视图环境利于编写与调试复杂的控制方案;

SCL是一种类P A S C A L的高级语言, 它采用I E C -1131 的标准。利用SCL可以方便地编写常用的控制功能或基于高级控制算法的的功能块。用S C L生成的功能块可在CFC中被多次调用, 用户可以把过程的数学模型和优化控制策略用SCL编成功能块, 直接下载到控制器中运行, 并通过S C L自身的程序保护功能加密生成F B块用已保护敏感工艺参数或工艺控制逻辑;

SFC是顺序控制, 使用SFC创建的图表由图表拓扑结构、各个顺控步中的动作功能、转移的切换条件和运行时刻的属性等因素所决定。通常应用于非连续的过程或对象。

4.2 系统功能应用

西门子P C S 7 完美兼容了V B 、C等高级语言编程环境, 使用这些编程语言可以实现工艺过程监视的动态化、智能化, 完全开放的第三方通讯接口使得与上层M E S 、E R P或者其他控制系统的数据交换成为可能, 良好的人机界面提高了系统的易用性与实用性; 具体应用如下:

(1) 报警功能, 包括关键参数超限报警, 设备运行中自定义的各类设备报警, 控制系统内部或与外部系统之间通讯的报警;

(2) 报表功能, 使用高级语言根据工艺要求开发符合生产决策条件的报表, 可以自定义报表格式并完成定期存档、打印、网络发送等功能, 及时有效的提供数据决策;

(3) 趋势功能, 使用系统自带的趋势工具加上通过高级语言开发的更多功能可以很好的为工艺过程运行做参数分析;

(4) (应用西门子的诊断块生成系统诊断信息, 快速、准确地评估系统运行状态并及时定位系统故障位置, 根据故障分析给出造成故障的原因与解决故障的办法, 保证系统的稳定性、快速反应能力;

(5) 利用西门子PCS7 权限管理与身份验证功能分割管理权限, 保证系统操作的安全性;

(6) 利用西门子加密的历史数据存储方式保证工艺数据的真实性, 为上层生产决策提供准确的生产数据[1];

4.3 控制组态

4.3.1 设备控制

设备主要包括物料输送设备, 如输送皮带、给料泵等;物料调节设备, 如调节阀、变频器、气动阀门等, 对于这些设备的控制包括以下控制策略:

(1) 输送电机采用马达保护器通过PROFIBUS-DP通讯, 设备在远控状态下通过DCS系统手动或自动连锁启停, 通过通讯可以监测设备内部运行状态, 如启停、故障、过载、过流、保护、启动次数等信息, 根据不同的设备状态按照工艺要求来完成设备的控制方案;

(2) 调节设备大部分以变频电机形式存在, 并通过PROFIBUS-DP通讯完成控制, 西门子PCS7 兼容市场上大部分主流变频器, 配合西门子程序块中PID块来调节物料水平、流速控制等参数, 调节阀门通过环形冗余PROFIBUS-PA通讯, 用已调节流量、温度、压力等工艺参数;气动切断阀采用220VAC继电器输出控制, 使用SCL编写逻辑控制块, 在FB中增加设备管理功能, 监视设备运行过程, 通过使用阀门看门狗程序监视设备开启命令并增加控制超时报警, 及时报告设备状态;

4.3.2 闭环控制

闭环控制基于通过手动/ 自动选择的比例, 积分和微分PID控制模块, 绝对报警及特殊情况下的定点偏差报警等, 还包括控制输出限制。

一般, 单独的闭环控制回路可以从手动切换到自动状态, 反之亦然。既可以通过软件程序自动控制切换, 也可以从控制室手动切换。当进入手动模式, 该控制器的输出或者执行器仍保持最近的自动控制下的状态, 除非它收到了单独的手动或自动命令。

万一测量单元故障, 控制器回路自动切换至手动, 且于控制室进行事故报警。

可从控制室操作员站选择调整调节回路参数 ( P I D参量常数值) , 授权级别保护进入调整的状态。调整装置有一定点跟踪状态, 如被选定, 且当调整器位于手动模式/ 串环, 定点将跟踪该测量值。

4.3.3 保护, 互锁, 限位值

互锁和限位值功能通过软件执行, 互锁是对多个控制单元之间逻辑运行的限制, 只有符合互锁要求时才会对设备的控制起到限制作用, 保护是对设备运行的条件做限制, 用以保护现场设备或工艺过程。互锁与保护都可以在设备逻辑控制F B块中通过S C L或S T L编写程序完成, 根据对设备所处的远控、就地、手动、自动等控制层级做逻辑运算来选择互锁与保护功能是否启用, 这样既增强了设备控制手段的多样性, 也提高了设备运行过程中的可靠性与灵活性。

4.3.4 顺序控制

在一般的工艺要求中都会有设备的顺序控制要求, 设备的顺序控制涉及许多连锁保护与设备状态切换, 通过西门子高级编程语言完全可以做到多个工艺设备的一键启停、设备故障时工艺流程保护等要求, 做到工艺监控的无人值守化。

4.3.5 计算

西门子PCS7 使用SCL、STL等编程语言可以完成大部分数学数据分析算法, 用来处理工艺参数数据, 按照参数分析的算法来生成自动执行程序并将计算后的数据用于程序中, 极大的减少了操作人员数据二次处理的工作。

4.3.6 先进控制

系统软件可以完成基于现代控制理论或模糊控制算法等控制原理具体化对控制对象控制程序的编写, 对提高工艺控制要求有很大的帮助, 在西门子功能块库中也集成了大量经过各个行业项目验证的高级功能块, 用于满足工艺控制要求[3]。

5 结束语

氧压浸出湿法锌冶炼采用西门子P C S 7 控制系统的成功实施, 将电气、仪表、PLC、Profibus DP/PA网络有机的结合为一体, 节省了大量的布线成本, 保证了系统的可靠性、稳定性、灵活性, 是一套具有网络互联功能的高度自动化系统, 在国内锌冶炼行业中处于领先水平。

摘要：本文介绍了某公司氧压浸出湿法锌冶炼的概况, 描述了该项目中西门子DCS控制系统的应用, 从该系统的硬件、软件、PA仪表、电气的应用、网络拓扑结构和软件设计进行了阐述, 控制系统的规模、电仪结合的紧密度、控制水平、灵活可靠诸方面均达到了同行业国际先进水平。

关键词：PCS7,网络拓扑结构,Profibus DP,PA仪表

参考文献

[1]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京:机械工业出版社, 2004

[2]廖常初.PLC编程集应用[M].北京:机械工业出版社, 2008

PCS7 篇4

Simatic PCS7系统是西门子公司二十世纪九十年代开始推出的应用于中大型生产过程控制领域的功能丰富的新型集散控制系统;它采用现场总线技术, 是全集成的过程自动化控制系统。

该系统的先进实用性集中体现在以下几点:先进的控制技术 (现场总线技术) 、实用安全的系统配置 (冗余电源及冗余操作站及冗余控制器) 、友好的人机界面 (直观、规范和契合运行习惯) 、支持多种通讯协议如Profitbus、MPI、Industrial、以太网等。

一:工艺情况概述

沈阳经济技术开发区热电厂新建工程, 配置2台75t/h循环流化床锅炉, 1台12MW抽汽式汽轮发电机组, 3台锅炉给水泵, 2套除氧器和1套减温减压器。本次控制系统设计范围包括以上工艺系统的热工监控系统。

根据循环硫化床锅炉对于一次风机, 引风机, 二次风机, 给煤机及给水泵的要求较高的特点, 故锅炉系统根据实际需要引入了许多连锁控制方案, 有引风机连锁, 一次风机连锁, 给煤机连锁, 给水泵互动连锁等。由于引风机的特殊重要性, 又引入了压力高高限和液位低低限连锁。

在本系统中, 具体的各种信号类型如下:

二:系统控制方案

2.1 系统构成

由于设计是基于两炉一机考虑的, 两炉一机大概有800多点, 故本系统采用了西门子公司的性能非常可靠的CPU417-4h作为中央控制器, 基于安全生产的考虑, 使用双机冗余控制, 双处理器之间通过光纤环网进行通讯, 当主CPU故障时, 从CPU直接接管其一切工作。电源也采用冗余配置, 当一个电源模块故障时, 另一个电源直接发生作用, 并不影响CPU正常的工作。

系统的各个分布式控制站采用双IM153-2的冗余控制, 每对IM153-2最多可以接八个输入/输出模块, 模块采集数据后, 将采集的数据送到分布式输入/输出站, 再送至中央控制站进行处理, 处理器决定该数据需进行什么样的处理, 进行显示, 或者输出相应的控制信号, 再按照刚才的路径返回至输入/输出模块, 这样就实现了数据的采集, 处理和交换;中央控制站与各分布式控制站之间通过Profi Bus-DP网进行通讯。其中1-4号分布式输入/输出站为模拟量, 5-6号分布式输入/输出站为开关量。

系统配置了两台操作站, 中央控制站与操作站之间通过工业以太网进行通讯, 而操作站之间通过100Mbps的交换机进行通讯。PCS7系统中的工程师站和操作员站之间是通过授权的不同来区分的, 在同一台机器上, 通过用户和密码的不同可以实现不同的操作和控制。

具体的硬件结构配置如下图所示:

2.2 系统的典型控制策略

该系统共有除氧器压力控制, 除氧器液位控制, 减温减压器压力控制, 减温减压器温度控制, 给煤机转速控制, 风机挡板开度控制, 前减温温度控制, 后减温温度串级控制以及汽包水位三冲量控制等控制方案。

系统中典型的控制策略有单回路PID控制, 串级PID控制以及三冲量控制。

我们在设计汽包水位三冲量控制策略时, 将汽包水位作为主控制回路, 主给水流量作为副控制回路, 主蒸汽流量作为前馈量;对于后减温温度串级控制, 我们将主蒸汽温度作为主回路, 将后减温集箱温度作为副回路。

2.3 系统的连锁策略

出于安全生产的考虑, 本系统中纳入了许多连锁方案, 主要有:

1.引风机连锁

连锁状态下, 当引风机未运行时, 不允许启动一次风机, 二次风机和给煤机;引风机故障时, 一次风机, 二次风机, 给煤机均停止运行;当汽包压力高于给定值或汽包水位低于给定值时, 引风机停止运行。

2.一次风机连锁

连锁状态下, 一次风机未运行时, 不允许启动二次风机和给煤机;一次风机故障时, 二次风机和给煤机均停止运行。二次风机故障时, 引风机、一次风机和给煤机均正常运行, 并不连锁停车。

3.给煤机连锁

连锁状态下, 给煤机故障时一次风机、二次风机和引风机均停止运行。

4.给水泵连锁

两台给水泵为一用一备的配置, 如需同时停止两台水泵, 需将2泵的连锁全部解除后, 手动停止。

二期工程时, 将使用三台给水泵, 其逻辑连锁为两用一备。

5.自动开停车系统

自动开停车系统的设计给用户提供了一些接口, 比如可以输入延迟时间等。

2.4 系统的其他功能

PCS7系统对于用户进行PID控制的设定值改变, 开关阀门等操作, 都自动给以记录, 将电动门, 风机, 泵类的启停操作都记录下来, 以便分析事故原因时有章可循。

支持在线趋势记录的组态, 操作员或者工程师可以任意选择想查看的工艺点的趋势曲线, 任意选择时间范围, 并可以将该曲线打印出来。

系统可以很方便的调用每一个工艺点, 查看其相关的各种信息如该点的量程上下限、报警上下限等;还可以很方便的调用每一个PID控制模板, 查看每一个PID控制的PID参数, 控制作用输出, 相关的趋势信息和报警信息等。

三:编程总结

PCS7系统在操作层上最方便的地方之一就是, 它通过Transfer可以将控制层的变量传递到操作层上, 而且用户可以自由选择传递哪些变量, 这节省了用户建变量的时间, 而且不容易出错;方便地方之二就是, 通过Transfer可以将在CFC中填写的报警信息无一例外的送到操作层来, 也就是说, PCS7系统对于报警的管理是统一的管理;方便地方之三是, 它通过Transfer可以为用户提供非常友好的操作界面, 避免了在Win CC以前的版本中需要用户自己管理操作界面变换的烦恼。

四:结束语

本次设计时, 由于工期非常紧张, 从组态到调试仅有两个多月的时间, 设计院给的许多资料不全, 而且没有提供控制方案的图纸, 一些设计完全是凭借经验, 这些都给我们的工作带来了很多困难。但是在我们的努力和相关人员的配合下, 工程工作顺利的完成了, 并且顺利地通过了调试。

本系统自从2010年1月上旬投入使用后, 经过两个月的运行后, 非常平稳, 从没有因为DCS系统的原因造成任何事故。目前工艺运行也趋于平稳, 一些自动控制也已投入使用, 反应良好。当然由于工艺条件尚不完全具备, 有些自动系统还没有投入使用。但是我们相信随着时间的推移, 工艺条件日趋完善, 操作人员对于锅炉的脾气也日趋了解, 这些自动系统都一定可以投入使用。

参考文献

[1]SIMATIC PCS7产品控制系统, 西门子 (中国) 有限公司

PCS7 篇5

青岛炼化有限公司污水处理场设计规模主要为:处理含油污水400立方/小时, 处理含盐污水200立方/小时, 脱水产污泥12立方/小时。主要收集青岛炼化有限公司生产装置工业废水和生活污水。该工程由预处理工段、生化处理工段、物化处理工段和污泥脱水工段组成。

上海西门子工业自动化有限公司负责为青岛炼化有限公司建立全厂自动化控制系统。承接的工程范围包括:硬件供货, 系统集成, 技术支持和客户培训等。

2 PCS7系统概述

青岛炼化有限公司全厂控制系统采用西门子PCS7过程控制系统, PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统, 将传统的DCS和PLC控制系统的优点相结合, 系统所有的硬件都基于统一的硬件平台, 可以根据需要选用不同的功能组件进行系统组态。所有的软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下, 有统一的软件平台。它采用了现代化的软件体系结构, 对项目进行管理、处理、归档和建立文件, 在软件开发方面, 采用了面向对象的技术。在项目管理上, 以系统硬件和工艺过程两个不同的视角, 同时进行管理。这两个视角在程序管理器中分别称为标准分级 (S t a n d a r d H i e r a r c h y) 和工艺分级 (P l a n Hierarchy) 。在SIMATIC程序管理下, 有多种组态工具可以使用, 无论采用何种组态工具, 生成的组态数据都自动存到一个统一的数据库中。这些组态工具是:CFC (连续功能图) 、SFC (顺序功能图) 、STEP7 (SIMATICS7系列PLC编程语言) 、SCL (结构化的控制语言) 和Win CC (SIMATIC视窗控制中心) 等。系统采用大量新技术, 在网络配置上采用标准工业以太网和Profibus网络, 消除了DCS和PLC系统间的界限, 真正实现了仪控和电控的一体化, 充分体现了全集成自动化的特点, 使系统应用范围变广, 是一种面向所有过程控制应用场合的开放型过程控制系统。控制系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的SIMATIC ET200M分布式输入/输出控制站, 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。系统开放性强, 易于连接到企业管理网, 可与常见的办公软件进行数据交换, 可大幅度地降低工程设计, 维护费用。

青岛炼化公司设置一个全厂中央控制室, 污水处理场设置一个现场机柜间PCS7系统安装在中央控制室和现场机柜室, 污水处理场自控系统的监视、操作、控制和管理由过程控制系统PCS7完成。现场机柜室设置有DCS过程控制、安全保护和状态检测等各种系统机柜、通讯接口柜、配电柜、仪表电气接口柜、UPS等, 并设有DCS工程师站/操作站, 用于调试、开车和维护, 操作员站显示生产流程实时信息以及全部报警功能;在中央控制室设置模拟控制屏, 通过冗余的10Mbps光纤环网 (工业以太网) 相连接, 分别将信号传送至中央控制室, 污水处理场主要机泵等运转设备的开、停和故障信号都将在现场机柜室和中央控制室的操作屏上显示。该工程采用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。

PCS7有以下组成部分。

(1) SIMATIC Manager-核心应用程序用于建立或访问PCS7项目应用程序。

(2) HWConfig-组态系统硬件结构。

(3) CFC和SFC编辑器-建立连续功能图和顺序功能图。

(4) 带有各种编辑器的PCS7 OS-操作员站 (OS) 的组态。

3 检测、控制对象

PCS7过程控制系统控制现场设备 (泵、阀门等) 的开、关、停、运转;电动阀门的开启、关闭;关键设备的连锁;实现污水调节罐/提升泵房/油水分离器/涡凹气浮/溶汽气浮/厌氧池/曝气池/二沉池/1#、2#分析小屋/混凝沉淀池/加药间/消毒间/流砂过滤单元/污泥浓缩罐/离心脱水机污泥脱水/废气处理整个污水处理过程的生产自动化。

青岛炼化污水处理场在设计施工中主要采用成套设备技术, 很大程度上减轻了设计施工难度。其中提升泵房/油水分离器/涡凹气浮/溶汽气浮/工段集中在三层的除油框架上, 第三层为6套油水分离器设备, 第二层为6套涡凹气浮设备, 第一层为6套溶汽气浮设备和提升泵房;加药间为8套加药搅拌、计量设备;消毒间为1套加药消毒设备, 由余氯仪和加药泵实现联锁控制;1#、2#分析小屋分别装有NH3-N分析仪、DO分析仪、水中油分析仪、p H分析仪, 实现水处理过程的分析检测功能;离心脱水系统为一备一用两台离心脱水机离心脱水机现场配置两面PLC机柜实现污泥脱水的过程控制, PCS7通过冗余光纤与离心脱水系统PLC进行通讯实现监视报警功能, 离心脱水系统为独立的控制系统, 采用光纤通讯不仅节省了大量电缆投资, 还减少了信号干扰发生的概率。

4 组态

PCS7的组态包括硬件组态、程序设计和操作员站组态, 三者缺一不可。

4.1 硬件组态

组态设置硬件地址 (如CPU、PC/PG及各模块的地址) 时要与PLC硬件自身的设备地址相一致。在硬件组态中, DI、DO模块无特殊设置, AI、AO模块设置较为特殊。

4.2 程序设计

程序设计要求结构清晰、规范。根据工艺流程需要, 首先按照装置分为几个子程序块, 再将每个子程序块根据功能划分为更小的子程序块, 以减少系统资源 (如存储器) 的占用, 降低输入工作量, 方便调试, 4.3操作员站组态

PCS7软件使用的实时数据来自现场采集的数据。

5 系统的抗干扰措施

在以PCS7为核心的整个控制系统中, 存在着多种信号。弱电方面:有热偶毫伏信号;4m A~20m A的标准化信号;压力开关等各种触点信号。强电方面:有驱动电动机用的变频器;加热用的负载电流;电动开关阀控制信号等。由于信号较多, 系统布线时又难以完全分开, 所以会出现意想不到的干扰信号, 这些干扰信号不仅会给系统的控制和测量带来一定的误差, 甚至使系统无法正常工作。在这其中, 尤以变频器的干扰为最大, 它不但使电源的正弦波发生畸变, 产生各种高次谐波, 使其他仪表不能正常运行, 而且通过纵向和横向窜入其他信号内, 使一些电子部件产生误动作 (如误触发) 。为了保证系统既不因干扰而停止工作, 又能满足系统的控制和测量精确度, 所以在抗干扰方面既采用了硬件措施, 又采用了软件措施。

6 结语

本文基于西门子工业公司的PCS7控制系统, 特点是将传统的DCS和PLC控制系统的优点相结合, 实现炼化装置污水处理场生产过程的监视和控制。2008年年初, 中石化青岛炼化公司新建大炼油装置已全面开车投产, PCS7控制系统首次大规模应用于炼化装置获得成功。

参考文献

[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册 (第三版) [M].化学工业出版社, 2000.

PCS7 篇6

关键词：FMCS,PCS7,HVAC,DP通讯

0 引言

在现代制药生产中, 自动化控制显得尤为重要。自动化控制系统的合理使用会使生产、工作效率大大提高。

PCS7是西门子的DCS系统, 基于过程自动化, 从传感器、执行器到控制器再到上位机, 自下而上形成完整的TIA (全集成自动化) 架构。PCS7是全集成自动化平台, 可以让分散开来的设备或设施实现集中控制, 大大减少人工成本以及人工操作出现的失误, 只需人员定期或不定期地进行设备巡检即可, 其强大的数据采集功能使得报表和数据据趋趋势势分分析析有有了了基基本本的的保保障障。。PCS7的硬件组态操作方便, 连接方式直观。下面笔者对扬子江药业FMCS系统中PCS7的应用展开阐述。

1 扬子江药业FMCS系统详述

FMCS (Facility Management and Control System, 其意为厂务监控系统) 是厂内制造过程中所用的监控系统。扬子江药业FMCS系统共有3栋厂房, 涉及HVAC自控系统、能源管理系统、公用系统等, 采用开放互连3层网络3级分布式的综合自动化系统体系结构。

第1层为综合信息处理层, 网络硬件包括数据库服务器 (实时、历史数据) 、网络打印机等;

第2层为监控网络层, 即各个模块 (口服液车间、固体制剂车间、动力中心、HVAC系统、公用系统、能源系统共5大模块) 的监控系统, 其网络硬件包括1个工程师站、1对冗余服务器、6个操作员站和3套主控制器;

第3层为现场控制总线层, 是各控制系统控制器与I/O设备之间的通讯网络, 其网络硬件包括各个监控系统的控制器、分布式I/O设备等其他网络架构, 如图1所示。

2 基于PCS7的HVAC系统控制要求

其控制画面如图2所示。

2.1 数据采集点

数据采集点包括:空调新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度、冷冻水进水压力、冷冻水进水温度、一次表冷回水温度、二次表冷回水温度、一次表冷后露点温度、二次表冷后露点温度、送风温度、送风湿度、送风风速、送风压力、蒸汽加热压力、蒸汽加湿压力、洁净区室内温度、洁净区室内湿度、洁净区房间压差。

2.2 控制方式

2.2.1 空调模式控制

空调模式分为生产模式、停产模式2种, 其具体选择哪种模式, 取决于生产车间是否安排生产。与停产模式相比, 生产模式下的风机频率较高。

空调同时还设定维修模式, 维修模式启动有2种:空调正常停机时、仪表维修时。在维修模式下, 系统对于传感器检测异常不进行报警。

2.2.2 空调机组的启停连锁控制

启动时: (1) 打开新风密闭阀和回风阀; (2) 在设定的时间内收到风阀打开的状态信号后, 启动送风风机, 各个调节阀使能给定; (3) 启动风机时, 所有输入点故障报警启动, 所有输出点动作。

停止时: (1) 停止送风风机; (2) 关闭新风密闭阀、回风阀, 关闭各个调节阀门; (3) 所有输入点故障报警抑制, 所有输出点复位。

2.2.3 送风风机的启动和停止控制

为符合新版GMP对洁净区压差的要求, 送风风机采用变频器驱动, 根据送风量调节频率, 同时风机具有远程、就地功能, 选择开关置于就地时可以就地启动和停止, 运行状态参数上传至FMCS系统。当选择开关置于自动时, 风机可以在FMCS系统中进行远程控制。

2.2.4 房间温度的控制

采集房间温湿度时仅采集洁净室关键功能房间的温湿度;温湿度监测限于产热、产湿、生产工艺有要求的房间。

房间温度的控制主要是根据二表冷水阀和蒸汽加热阀的分程控制, 当房间温度高时, 先关闭蒸汽加热阀, 再打开二表冷水阀。

2.2.5 房间湿度的控制

房间湿度的控制, 主要有2种情况。当空气湿度比较大需要除湿时, 先打开一表冷水阀门, 如果湿度还是降不下来, 则打开二表冷水阀门;如果房间湿度偏低, 则打开蒸汽加湿阀。

在进行控制时, 一次、二次表冷水阀由温度和湿度2个PID回路分程控制, 阀门开度取较大值。

2.2.6 房间压力的控制

房间压力的控制包括功能间之间压差监测。根据新版GMP要求, 本套系统中压差监测限于有工艺功能间与洁净走廊间压差, 缓冲至更鞋、更衣再到缓冲间的压差, 与非洁净区有连通的功能间与非洁净区间压差, 不同洁净级别有相连的功能间之间的压差。

在空调服务的一些房间里设置压差变送器, 参考点设在房间外公共区域, 并将测量数据传至FMCS系统, 若出现异常, 系统报警, 同时记录下此异常及处理时间。

2.2.7 过滤器的压差开关

在初效过滤器和中效过滤器的两侧均设有1只压差开关, 压差开关可以就地在现场触摸屏显示, 供维护人员日常巡检时观察及进行维护使用。此动作信号同时上传至FMCS系统, 进行报警。

3 基于PCS7的能源管理系统控制要求

基于PCS7的能源管理系统采用MODBUS TCP的方式通过以太网口读取电力仪表的数据, 再以报表形式输出, 以供能源计量与数据分析。其画面如图3所示。

4 基于PCS7的公用系统控制要求

公用系统的监测主要是针对提供公用介质的设备。其数据采集均采用通讯方式进行, 共涉及2种通讯方式:Profibus-DP、MODBUS。

4.1 采用DP通讯的设备

DP通讯设备主要包括:

(1) 臭氧发生器, 现场为S7-200PLC, 通过EM277通讯模块实现与PCS7系统的通讯。

(2) 冷冻机组, 通过专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。

(3) 纯水机组, 现场为S7-300PLC, 通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。

(4) 纯蒸汽发生器, 现场为S7-300PLC, 通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。

(5) 纯化水分配系统, 现场为S7-300PLC, 通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。

(6) 压缩空气, 通过英格索兰DP通讯专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。

(7) 真空系统, 现场为S7-200PLC, 通过EM277通讯模块实现与PCS7系统的通讯。

(8) 溴化锂机组, 通过欧姆龙DP通讯专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。

4.2 采用MODBUS通讯的设备

MODBUS通讯设备主要包括:

(1) 蒸汽累积计算仪, 通过RS-485连接到PCS7系统的CP341模块, 实现通讯。

(2) 电制冷机组, 通过约克MODBUS通讯专用接口模块, 连接PCS7系统的CP341模块实现通讯。

5 基于PCS7的报表系统

系统通过底层SQL server数据库建立的报表功能自动生成每日报表及月度、年度报表, 报表记录了各个关键运行数据, 数据不可更改, 以纸质形式打印保存, 符合GMP对数据真实性的要求。

6 PCS7硬件组态

该硬件组态图如图4所示。CPU盘柜安装于口服液车间, 用于口服液车间的一切控制与数据采集。

采用控制器AS417, 16M, AC/10 A, 9槽机架, 电源PS407 10A, 通过CP443-5 Ext实现两层DP通讯, 通过ET200站实现分布式I/O数据采集与数据输出。空调风机运行变频器有ABB ACS510、Siemens MM430两种型号, 在Options下的Install GSD file选择两种变频器的GSD文件进行安装, 视安装位置不同分别连接于两层通讯网络中。ACS510型变频器组态时, 选择其Order Number/Designation为PPO Type2;MM430型变频器组态时, 选择其Order Number/Designation为0 PKW, 8 PZD whole cons。其余3台S7-300设备CPU也组态于网络中。首先, 在每台CPU硬件程序中Station下选择Export导出其硬件组态, 再在AS01中的Station下选择Import导入S7-300的硬件。将CP443-5 Ext设置为DP master, 将S7-300的DP设置为DP slave, 然后组态传送地址即可进行S7-300与S7-400的通讯。这样能很好地体现数据稳定与共享。

7 结语

PCS7系统作为西门子品牌中的高端应用平台, 在各行中均有应用。该系统的功能在扬子江药业的FMCS系统中发挥得淋漓尽致, 尤其在HVAC系统的控制与公用系统的通讯上表现得更出色。其强大的功能为厂务设施设备的正常运转奠定了坚实的基础, 也使在设备维护岗位上辛勤工作的人员提高了工作效率。又因其具有高容量、易于扩展的特性, 从而在以后的使用过程中有了精益求精的空间。同时, 本套系统的多种功能符合新版GMP的要求, 因此将成为医药企业工业自动化应用的首选方式。

参考文献

[1]赵卫东, 刘和平, 辛宏, 等.S7-400和西门子Micromaster430的Profibus-DP通讯[J].有色金属加工, 2009 (10)

PCS7 篇7

多晶硅是一种重要的工业用中间原料, 它是集成电路产业中生产晶元、太阳能电池基板的原材料, 对一个国家的能源与信息化有举足轻重的意义。近年来我国新建的多晶硅工厂工艺技术包多用西门子法, 其工艺流程如图1所示。

1 系统控制方案

某年产2250t微电子级多金硅项目采用西门子PCS7自动控制系统, 分为4套DCS过程控制系统, 1套紧急停车SIS系统, 10台上位机为工艺人员提供实时监控数据, 2台冗余服务器为上位机提供实时数据, 1台中央归档服务器实现历史数据的保存与查阅, 2台工程师站 (一台为DCS系统组态, 一台为SIS系统组态) 。DCS系统总线为100Mbps的工业以太网光纤环网, 上位机终端总线采用100Mbps普通网线组成环网, 交换机为西门子SCALANCE X212工业以太网交换机。该项目DCS/SIS系统共配置3对AS-417H冗余容错控制器和1对AS-417FH安全冗余容错控制器, 并配有1台A3幅面激光打印机。系统结构如图2所示, 分为3层:

(1) 控制器层:通过现场总线实现对现场仪表监测信号和控制信号的连接。

(2) 系统网络层:实现所有控制器与上位机服务器、工程师站的连接, 以及控制器与控制器之间的连接。

(3) 终端网络层:采用双绞线电缆, 标准TCP/IP协议, 传输速率高达12Mbit/s, 通过ET200上的IM153接口模块与控制器互连, 实现对现场信号的采集、指令的发送、与控制器的通信。客户机操作员站通过服务器获得控制器层的数据并将操作员指令传达到控制器。

1.1 CFC连续功能图

CFC编程软件具有模块化、一次编程多处使用等特点, 工程师不用为每种设备编制专门的程序, 大大减轻了工作量, 缩短工程设计时间。典型的CFC图如图3所示。

首先, 需在symble table中定义现场信号线的具体位置, 该位置明确了与硬件联通的物理位置与软件位置, 如图4所示。

然后, 在已定义好的库中选择相应的CFC模块建立程序, 双击scale管脚设置量程PV_In Uni可设置单位。

功能模块包括:PV_IN模块, 用来接收从现场来的4~20m A输入信号, 并将其转化为量程范围内的实数型数据;SEL_AQRT模块, 如果现场差压变送器等需要进行信号开方运算, 将Mode管脚置为1, 如果同时需要将负信号直接输出为零, 置为2;AMON模块, 负责将CPU的数据上传至Win CC中去, 可定义量程、报警值、死区、延迟时间等值。

在CFC中, 在运行顺序域, 可以显示块的运行状态, 如图5所示。

1.2 HMI系统

采用Win CC软件设计操作员控制和监控系统, 可以实现多倍配置和图像组织。采用图片树管理器实现流程和组织画面显示, 系统操作员可以快速地调出包含故障位置的视图。

操作员控制模式显示分为3个不同的区域, 如图6所示。

操作员站允许数字量和模拟量的趋势组显示, 在同一个趋势图内最多可同时显示10个趋势点。操作员任意可以修改X轴 (时间长度) 与Y轴 (监测值) 的显示范围。

2 系统实施

该套自控系统在投运过程中, 遇到了许多工艺上的难题, 如外方提供的急停联锁范围资料不全, 工艺人员因对生产细节理解不透彻、对加料顺序控制步骤描述不明确等, 给控制软件的编程组态带来了很大影响。不过, 由于SIMATIC PCS7采用符合IEC 61131-3国际标准的编程软件和现场设备库, 提供标准的连续控制、顺序控制及高级编程语言SFC, 当工艺出现变更需求时, 系统工程师总能稳定、准确地将程序修改到工艺人员期望的效果。系统清晰、简洁的界面风格使工艺人员能够快速上手, 历史数据的保存、查找也十分方便。最新版的Win CC还增加了历史数据Excel表格导出功能, 能将保存的历史数据按时间点生成CSV文件, 质量分析人员可以更清晰地观测、分析每个时间节点的生产情况, 进而找出生产问题, 提高产品质量。

3 结语

系统自生产试运行以来, 累计安全无故障生产达7个月之久, 得到了用户的肯定。

在今后的生产建设实践中, 应积极探索新的机柜布置方式, 如在现场放置防爆机柜或在生产车间附近建设小型远程机柜间等, 使分布站点尽可能靠近生产现场, 充分发挥ET200M系统的分布式特性, 这样可大大节省信号屏蔽电缆的铺设及接线。在可靠性方面, 可以采用双重化或三重化光纤通信的办法, 以降低设备干扰, 提高系统的可靠性, 降低施工成本, 缩短工期, 避免不必要的浪费。

参考文献

[1]彭瑜, 何衍庆.IEC61131-3编程语言及应用基础[M].北京:机械工业出版社.2010