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1、PCS7 在酒钢焦化厂 3#、4#焦炉干熄焦的应用 相永东 刘贤琼摘要：摘要：本文主要介绍基于现场总线 PROFIBUS DP 的 PCS7 过程控制系统在酒钢焦化厂 3#、4#焦炉干熄焦控制系统的应用情况和心得关键词：关键词： PCS7 系统 现场总线 PROFIBUS DP 干熄焦1、概述 干熄焦工程是煤化行业新兴的一项节能环保示范工程，它是利用指将红焦 显热通过惰性循环气体进行热回收，惰性循环气体将回收的热量带到余热锅炉 与水进行换热生产蒸汽，蒸汽送到汽轮机，由汽轮机带动发电机发电，高温循 环气体与水进行换热后成为低温循环气体，低温循环气体进入干熄炉再与红焦 进行换热，如此不断的循环换热
2、，焦炭最终被冷却到 205以下，达到最佳的 焦碳成品。 酒钢焦化厂共有四台焦炉，一直用湿法熄焦，这种方法产生的大量酚、氰 化物、硫化物等有害物质，对附近设备设施的腐蚀和对周围环境及大气的污染， 造成严重的影响。而且大量蒸汽直接排向大气造成红焦显热的浪费，随着国内 许多钢厂采用干熄焦以后的显著效果，酒钢也在 2006 年将干熄焦工程引入，以 提高酒钢焦炭质量和减少周边环境污染。该工程的控制系统采用了西门子的 PCS7 过程控制系统，主要实现对干熄炉本体氮气循环和余热发电锅炉以及除尘 系统的控制。 2、系统构成本系统采用了西门子公司性能非常可靠 CPU414-4 H 作为中央控制器，该控制器是双机
3、冗余，两个处理器同时进行工作，当主处理器在供电、机架和CPU故障时，从处理器直接接管其一切工作，因此不会由于CPU的切换而造成信息和中断的丢失；系统各个远程控制站通过IM153-2通讯处理模块以PROFIBUS协议与处理器通讯，远程控制站模块完成数据采集和控制输出，通过IM153-2与控制器进行数据交换，控制服务器再通过标准工业以太网和控制器进行数据交换，实现操作员对现场设备的操作和监视。硬件平台硬件平台 该系统由一套冗余控制系统和单机系统（干熄炉本体、除尘系统）与两台冗余过程控制服务器，且他们之间通过标准工业以太网连接，服务器再通过TCP/IP协议与5台操作员站以C/S的结构方式实现监控 。
4、其系统组成的拓扑结构如图所示。以下对系统构成做一些介绍： 1) 冗余控制器酒钢焦化140T干熄焦系统的冗余控制器型号为S7400-H，利用西门子SIMATIC 管理软件可以对系统的硬件配置、网络参数 进行设置，并按照干熄焦的工艺原理，设计和开发相应的 CM、CFC等软件功能块，实现现场的连续控制、过程批处理、离散控制以及熄焦工艺要求的其它控制等。2)控制网络分为下层控制网、上层管理网。 下层控制网采用PROFIBUS-DP专用电缆，通过每个远程控制站上的IM1532通讯卡与S7400-H控制器冗余连接，以PROFIBUS协议完成对现场信号的采集、处理和控制器的通讯 。Profibus-DP主要
5、用于设备级的高速数据通信，中央控制器(CPU)高速串行连接分散的现场设备 (I/O设备、阀门等)，这种和分散设备之间的数据通信通常是以循环的方式进行。上层管理网分为二类。一类为 标准工业以太网， 通过服务器CP1613卡和控制器上的CP4431通讯卡相连接，满足 服务器从控制器中数据的采集 、控制并实现数据共享。另一类为符合 TCP/IP协议的管理以太网，通过 操作员站和冗余服务器上的D-LINK网卡连接，主要实现操作员站 从冗余服务器上数据交换达到对现场设备的监视、控制和操作员 之间文件管理、拷贝 。3) 服务器采用西门子的2台DCF400服务器，组成冗余对等的结构，用来存放控制器组态信息的
6、工程数据库 ERDB和操作站的数据库。一方面，通过其上配置的CP1613网卡，以标准工业以太网实时控制网络，与控制器进行数据通讯；另一方面，通过DLINK网卡与5台操作员站相连，以 C/S的结构模式进行数据交 换，实现操作员站对控制器的监控功能。同时，服务器还充当工程师站的功能，通过其上安装的工程师组态工具软件，实现对控制器控制功能的组态和操作员站监控画面的组态等。4) 操作员站系统由4台操作员站组成， 2台干熄焦本体，1台锅炉控制，2台为除尘系统。操作员没有权限对用户界面和系统组太进行修改，只能从服务器上读取实时数据软件平台软件平台操作系统方面，服务器与操作员站安装的是中文WINDOWS X
7、P 以便操作员方便使用；操作员站加载了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL等监控软件；在操作员站所加载软件的基础上，服务器还加装了冗余SERVER软件包、SIMATIC Manager、 CFC V7.0、SFC V7.0 等组态功能软件。除用于系统软、硬件组态外，服务器具有与操作员站完全相同的功能，可以兼做操作员站，起到了降低用户成本的作用，主要的应用软件介绍如下：1) SIMATIC Manager组态软件SIMATIC Manager
8、组态软件，安装在服务器端，它是基于Windows的、面向对象的工程师组态工具，主要实现对控制器AS、I/O卡件、控制通道以及控制策略的组态。还可以对连接服务器的操作员站的数量和权限进行配置并将配置和监控画面下载到每个操作员站.2) HMI 组态软件WINCC是操作员站监控画面及人机接口HMI的开发组态工具，安装在服务器端。根据现场工艺的控制要求，组态开发相应的监控画面，并以C/S的结构方式与服务器进行数据刷新，实现工艺流程画面的监控功能。3) Station组态软件配置服务器和控制器通过CP1613卡进行数据交换,实现服务器的数据通讯。3、系统结构特点从网络拓扑结构图中可以看出，系统由控制器冗
9、余、服务器冗余、网络冗余组成，另外对所有设备的输出控制增加了中间继电器的双重隔离设计，增强了系统的可靠性并且增强了系统的隔离功能。系统以班报的形式可以对所有重要参数进行一小时报表自动打印趋势记录组态，操作员、工程师可以任意选择时间范围查看各工艺点趋势曲线，并可以将该曲线打印出来，这大大方便了操作员操作和维护人员维护。系统还可以很方便调用每一个PID控制模板，查看每一个PID控制PID参数，控制作用输出，相关趋势信息和报警信息等系统主要实现工艺流程中惰性气体的循环、锅炉系统、一、二次除尘系统的回路控制、顺序控制以及一些特殊控制等，下面简单介绍一些主要控制功能：1） 气体循环系统的循环风机，风机入
10、口挡板、1DC非常放散阀、风机入口氮气阀、风机出口氮气阀、空气导入管电磁阀、预存室放散阀、风机电机加热器等设备的控制2） 锅炉系统的2台除氧给水泵、2台再循环水电动阀 、连续排污阀、2台锅炉给水泵、锅炉给水电动阀、锅炉给水旁通阀、2台锅炉强制循环水泵、主蒸汽切断阀、主蒸汽切断旁通阀、主蒸汽放散阀等设备的控制3） 排除系统的检修闸板、电磁振动给料器、旋转密封阀、自动给脂装置。除了以上设备的控制以外，还有一些连锁控制和几个自动调节：锅炉汽包水位三冲量调节、主蒸汽流量调节、主蒸汽温度调节、预存室压力调节、旁路蒸汽流量调节等7个自动调节量回路。4、应用心得我们在这次的系统中软件编程大部分都是用CFC，
11、少量的使用了一些梯形图做FBFC，以便维护人员快速接手。这次我们调用了系统功能块FC125，读出每个远程控制站和控制站每个模块的状态信息，并在程序里对设备操作进行保护和在操作员站显示，这样远程控制站和模块的故障能够被及时发现，减少出现设备和人身故障，PCS7还提供了许多故障诊断功能块，给编程人员提供了很好的工具去增强系统的可靠性。组织块OB70、OB72、OB73中的临时变量可以对S7-400H系统进行诊断。还提供了多种循环扫描块，根据实际需要，PID调节使用了OB35循环扫描块，不同工作使用不同扫描时间，而不再是将大多数程序都放OB1中，如需要特殊需要，PCS7系统提出了部分过程映象区概念。
12、这些功能给编程人员提供了很强的灵活性，也给维护人员查找故障提供了很多方便。PCS7提供了很详细的报警分类，有incoming alarm list, outgoing alarm list, operation list, acknowledged alarm list, process alarms, journal list以及AlarmOneLine等，我们编程考虑到用户对PID控制的设定值的改变，开关阀门操作电动门，风机、泵类启停操作等都需要自动记录下来，因此在CFC中填写报警信息时，将报警信息分类，有利于分析事故原因时有章可循。PCS7系统可以将控制层变量传递到操作层上，用户可以自由
13、选择传递哪些变量，节省了建变量时间，而且不容易出错；还可以将CFC中填写报警信息无一例外送到操作层来，这样不会造成因服务器的切换而丢失重要的报警信息。硬件组态时要非常小心，在硬件组态时我们选错了一个RTD模块，结果同样的信号在两个模块上读出来的数值相差了一倍，硬件组态显示无任何故障，型号和实际模块也相符，更换硬件模块问题依然，后来在硬件组态上面重新添加模块才解决问题。我们觉得如果模块与现场不匹配应该给予警告提示，以便为排除故障节省时间。系统的OB块应用也很重要，虽然整个系统是支持热插拔的，但是如果不调用OB70、OB72、OB80、OB82、OB83、OB85、OB86、OB87、OB88、OB121、OB122，那么I/O故障、更换模块、程序错误等都会造成处理器停机。我们认为应该在系统运行是自动将这些OB块装载到处理器里面，或者如果不下载这些OB块处理器给予提示信息，这样不会由于编程人员的疏忽造成处理器停机，从而影响生产和造成设备损坏。 5、 结束语酒钢干熄焦于 2008 年 12 月份投产以来，一直运行稳定，自动投入率也达到 80%以上 ，有 1 个自动调节由于条件不允许未投入，但是会在以后运行过程中 进一步完善。参考文献 干熄焦技术 潘立慧著 冶金工业出版社 西门子冗余系统指南
