西門子PCS7冗余系統在北海潿洲炭黑自動化生產線的成功應用

北海潿洲炭黑自動化生產線自控系統方案的技術要求和經濟指標如下：

１． 系統軟硬件總體要求

1) 系統先進成熟可擴展，以便今后建立全廠級的控制－管理一體化；

2) 系統組態軟件平臺采用Windows NT操作系統；

3) 系統提供高級語言接口和高級算法；

4) 系統提供在流程畫面上支持控制調節窗口、報警窗口和報表窗口等；

5) 系統具有操作員級的控制站和I/O模板運行狀態自診斷及顯示功能；

6) 系統具備帶電插拔功能；

7) 系統冗余功能：通訊網絡、控制器和電源都要求冗余。

２． 系統功能要求

1) 調節控制系統功能：雙閉環控制調節回路14個；單閉環控制調節回路13個；遠程手操調節回路14個。

2) 安全連鎖系統功能：包括有各反應爐溫度、風機、水泵安全連鎖信號和天然氣、一氧化炭濃度探測安全連鎖信號。

3) 顯示操作打印系統功能：高分辨率各種畫面直觀顯示，鼠標操作，屏幕列表報警，實時參數、狀態和操作記錄等報表打印。

4) 信號處理系統功能：AI合計102路，AO合計48路，DI合計134點，DO合計63點。

二、自控系統方案

本工程采用德國西門子公司基于全集成自動思想化的新一代過程控制系統PCS7，具體系統方案既保證其技術和經濟指標，又保證用戶在使用后在當前激烈的市場競爭中穩操勝券經過仔細分析、對比和研究上述系統需求，我們選定的集成方案見附圖。有關該系統的主要特點簡述如下：

１． 工程師站和操作員站的特點

1) 充分貫徹西門子公司全集成自動化的思想，系統具有統一的通訊、統一的組態工具、統一的數據庫，消除了傳統的DCS與PLC之間的鴻溝；

2) 監控軟件WinCC (視窗控制中心)為基于 Windows 95/NT操作系統的開放 型全圖形化R人機操作界面，具有組態方便，操作簡單的特點；

3) Win CC擁有完備的工業圖形庫，如閥門、反應罐、模擬傳統顯示儀表、管道等, 方便了工程師設計監控系統的過程畫面；

4) 人機界面具有良好的開放性， 支持以太網、Profibus、RS232、RS422/485等通訊方式，支持TCP/IP、網絡DDE、ODBC、OPC、SQL、Internet等標準通訊協議;

5) 操作員界面為全漢化界面，并且具有動態語言切換功能，有利于出口項目的開發和調試；

6) Win CC提供獨特的組態向導， 詳細的在線幫助，多媒體自學軟件, 以及全 套中文使用手冊和參考手冊，有利于用戶在較短的時間內快速掌握;

２． 系統通信功能特點

1) PROFIBUS-FMS通信協議運行于WindowsJNT環境，用于上位機與控制器間的實時通

2) MPI通信協議運行于WindowsLNT環境，用于上位機與控制器間的編程組態通訊；

3) PROFIBUS-DP通信協議運行于Windows NT環境，用于控制器與ET-200 擴展I/O間的實時通訊， 速度可達12M，距離可達9.6公里(電纜)或 90公里 (光纜)。

３． 控制器和I/O模板特點

1) S7系列控制器和 I/O卡件可靠性高，MTBF在數十萬小時以上（最短MTBF ＝19.6年）；

1) 模擬量輸入卡具有兩線制變送器配電功能，所有類型的I/O信號均有本安卡件供選擇；

2) 所有模塊均有完善的自診斷功能、傳感器斷線監測功能、在線插拔功能，保證了系統安全、長時間運行，提高了系統的可用性和可維護性；

４． 控制組態軟件特點

1) 系統提供完善的符合IEC1131標準組態工具，包括梯形圖（LADER）、語句表（STL）、連續功能圖（CFC）、順序功能圖（SFC）、結構化語言（SCL），且各種組態工具可混合使用，交叉引用非常方便快捷；

2) 系統提供近500個CFC標準功能塊庫，提高了系統組態效率，縮短了工程周期；

５． 冗余系統功能特點

1) 控制器冗余系統可以實現雙控制器冗余切換的功能，當主控的CPU出現故障時，另一個CPU自動地接替主控CPU的工作， 切換時間為毫秒級。

2) 通信冗余功能包括：采用PROFIBUS-DP協議的ET200M I/O站冗余通訊接口和電纜，實現與 雙控制器（CPU）的 冗余通訊；

3) 電源冗余功能：10A 直流電源冗余配置，用于CPU和模板供電；

科技由于該工程是我公司第一次應用西門子PCS7冗余系統，在整個實施過程中遇到了一些較小的技術問題，但在西門子公司技術的大力支持和我公司的共同努力下，都得到了圓滿解決。在此將問題和解決辦法說明如下，以供參考：

１．問題：新購的EPSON公司LQ-1600-KIII打印機無NT4.0打印驅動程序，不 能打印。

辦法：安裝EPSON公司LQ-1600-KI FOR NT4.0打印驅動程序即可。

２． 問題：炭研院原來未提聲卡報警要求，后用戶要求增加，但訂西門子聲卡來不及。

辦法：購買普通電腦聲卡，并編寫相應程序解決。

四、 結論和體會

集合本系統是根據炭黑設計院為北海潿洲終端炭黑廠建設工程自控系統所提技術和經濟指標，結合西門子先進的過程控制系統PCS7的特點，特別是應用冗余技術進行配置選型優化設計，才得以中標的。同時在整個實施過程中確實遇到的一些技術問題，不僅做到完全滿足招標書的技術條款，現場按期通過調試，并且一次投運成功，獲得了化工部炭研院和中國海洋石油南海西部公司北海潿洲終端炭黑廠的一致好評。