PCS7系统在聚苯乙烯装置的应用-PLC技术资料-欢迎光临PLC信息网

PLC技术资料

PCS7系统在聚苯乙烯装置的应用

发布者：用户投稿发布时间：2008/5/5 11:00:10

扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司是于1997投产的年产10.2万吨聚苯乙烯等产品的中德合资企业。聚苯乙烯装置共有A、B两套用于加热反应器夹套管线的热媒单元HU4911，反应器温度决定产品的质量和负荷，所以热媒单元在聚苯乙烯装置中具有非常重要的地位。
　　
　　一原控制系统的状况及改造设想
　　
　　 1. 控制系统状况
　　
　　　　原控制系统是由盘装调节器、继电器和S5-115 PLC组成的一套常规控制系统，在几年运行过程中，该系统存在许多问题：(1)部分继电器使用年限已到，多次出现误动作；(2)S5-115 PLC经常出现失灵，需人工手动干预，存在安全隐患；(3)原点火顺控器为机械式，程序步和步时间无法重新设置；(4)点火程序执行过程中没有操作显示画面，点火中出现故障时无法很快查找出原因，也就无法根据实际燃料变化调整点火顺序控制的步时间。每次点火花费时间很多，不仅浪费燃料，且易出事故。
　　
　　 2. 改造设想
　　
　　　　因原控制系统不适应稳定生产要求，公司决定除保留部分与电气相连接的继电器外，将调节控制、点火程序、安全联锁全部改造为DCS系统。根据原控制模式，为减少改造难度，控制处理机和现场I/O组件仍采取分开安装方式，以便于维护和管理，同时提高了安全可靠性。操作显示除保留原现场仪表盘外，增加操作站控制显示，实现集中控制管理。
　　
　　二系统配置方案和特点
　　
　　 1. 硬件构成
　　

　　　　鉴于HU4911热媒单元在装置中所处的重要位置，我们充分考虑了系统安全可靠性，采用以S7-400H为主控制器构成的PCS7冗余控制方案，CPU采用CPU414H，I/O处理单元采用ET200M。为保证通信可靠性，电源和通信采用冗余配置方案，Profibus-DP总线采用光纤通信，保证了系统安全等级需求。热媒单元控制系统结构如图1。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)S7-400 PLC可在70℃以下的温度环境中运行，具有极高适用性；(5)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。(6)PCS7软件包括硬件驱动程序及Step7和WinCC，可集成化为一体，如在Step7中定义的变量和消息在WinCC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CPU中。(7)ET200M故障安全型I/O模板通过Profibus总线与S7-400H控制处理机相连，实现CPU冗余和通信冗余。
　　
　　2. 工程软件设计
　　
　　　　控制系统改造设计软件主要由热媒单元安全联锁功能软件、点火顺控程序软件和显示操作软件3部分组成。
　　

　　　　(1)热媒单元的安全联锁功能软件：联锁系统原理见图2。每套热媒单元须在满足图2工艺条件下，才能进入点火顺控程序。当条件满足后，按下解锁UNLOCK按钮，Safety Chain恢复正常。按下Ignition Reset按钮，点火顺控程序解锁并返回初始步。这时必须在现场表盘上按下点火按钮(burner on ready to run)，Monitor Chain恢复正常，进入点火顺控程序。
　　　　(2)热媒单元点火顺控程序软件：点火顺控程序软件共分成11步，如图3。
　　

　　三显示操作画面和报警功能
　　
　　　　(1)HU4911热媒单元分成A、B两套，各对应有burner detail和burner ignition两幅显示画面，以及两套共用interlock checklist显示画面。
　　　　(2)A/B burner detail是A、B套热媒单元流程详细显示。所有现场开关和模拟量的测量点在画面上均有指示。点击模拟量测量值区域可打开对应趋势显示窗口。点击工程单位区域可打开相关调节器显示窗口。每套热媒单元中有3个调节回路，从A/B PID parameter按钮可进入调节器参数整定和模拟量报警值设定的画面。
　　　　(3)A/B burner ignition是A、B套热媒单元点火顺控程序显示。左半区是满足点火主要条件及点火过程中主要状态指示。右半区是点火顺控指示器。在原基础上加入点火顺控步指示和点火故障发生时的步锁定。还有调节器local/remote控制设定指示，以及相关调用窗口，并安排有停齐聚物和紧急停炉按钮。步时间设定可从SET STEP TIME按钮进入。
　　　　(4)interlock checklist显示画面是A、B两套热媒单元点火和联锁条件的检查画面。每个检查点直接反映现场仪表的实际测量。如测得条件满足呈绿色显示，不满足呈黄色显示。工艺主管人员可从Bypass按钮进入interlock bypass操作画面，对这些工艺条件进行旁路。
　　　　(5)改造后的A、B两套热媒单元有现场表盘和控制室操作站两套报警系统。
　　　　(a)一旦报警发生，现场仪表盘和控制室两边喇叭同时报警，且现场表盘上对应红色LED灯快速闪烁；控制室操作站上的指示也呈红色闪烁，需现场和控制室两边分别进行消音确认。现场确认后，现场喇叭消音，但现场表盘上的红色LED灯仍保持快速闪烁，表示此报警未进行解锁检查。在操作站上确认后，操作站的喇叭消音，显示从红色闪烁变成红色常亮，只要不按解锁钮，将一直保持。
　　　　(b)现场报警信号一经出现即被锁定。即使现场工艺条件恢复正常，报警指示仍然存在。只有在按下解锁UNLOCK按钮同时，系统才对现场工艺条件进行检查。如果现场工艺条件已恢复正常，则报警指示消失；如仍不正常，则现场表盘上对应红色LED灯快速闪烁变成慢速闪烁，表示此报警已进行过解锁检查；操作站上的指示仍维持红色常亮。
　　
　　四系统改造特点
　　
　　　　(1)利用较少投入，解决过去热媒单元控制中所存在的所有问题。
　　　　(2)因系统配置采用CPU冗余、通信冗余，控制系统安全可靠性得到提高。
　　　　(3)在工程应用软件设计方面，除完成原控制系统的所有功能，还在许多方面加以改进：(a)在热媒单元安全联锁功能软件中，增加信号联锁旁路功能，为检修故障仪表和确保热媒单元运行稳定提供了手段。(b)热媒单元的点火顺控程序中，增加了步显示和步锁定功能，既保证系统、工艺和设备故障情况下，过程处于安全稳定停运状态，又能方便查找原因，为快捷点炉和事故分析提供了强有力条件。
　　　　(4)工程软件设计还考虑了PLC系统故障及电网晃电后的突发情况，以软件手段保证PLC故障后或电网晃电后再启动时不发生软件复位引起的安全事故。
　　　　(5)显示操作软件设计更具人性化，充分满足操作人员需求，既防止误操作，又使操作指令得到简化。
　　　　(6)经改造把I/O过程单元与操作单元及控制单元分开，节省信号电缆费用，方便系统维护。I/O处理单元安装在现场，紧靠热媒单元，一旦现场仪表出现故障，能方便通过就地ET200M I/O处理单元卡件上指示灯找出原因。

　　三显示操作画面和报警功能
　　
　　　　(1)HU4911热媒单元分成A、B两套，各对应有burner detail和burner ignition两幅显示画面，以及两套共用interlock checklist显示画面。
　　　　(2)A/B burner detail是A、B套热媒单元流程详细显示。所有现场开关和模拟量的测量点在画面上均有指示。点击模拟量测量值区域可打开对应趋势显示窗口。点击工程单位区域可打开相关调节器显示窗口。每套热媒单元中有3个调节回路，从A/B PID parameter按钮可进入调节器参数整定和模拟量报警值设定的画面。
　　　　(3)A/B burner ignition是A、B套热媒单元点火顺控程序显示。左半区是满足点火主要条件及点火过程中主要状态指示。右半区是点火顺控指示器。在原基础上加入点火顺控步指示和点火故障发生时的步锁定。还有调节器local/remote控制设定指示，以及相关调用窗口，并安排有停齐聚物和紧急停炉按钮。步时间设定可从SET STEP TIME按钮进入。
　　　　(4)interlock checklist显示画面是A、B两套热媒单元点火和联锁条件的检查画面。每个检查点直接反映现场仪表的实际测量。如测得条件满足呈绿色显示，不满足呈黄色显示。工艺主管人员可从Bypass按钮进入interlock bypass操作画面，对这些工艺条件进行旁路。
　　　　(5)改造后的A、B两套热媒单元有现场表盘和控制室操作站两套报警系统。
　　　　(a)一旦报警发生，现场仪表盘和控制室两边喇叭同时报警，且现场表盘上对应红色LED灯快速闪烁；控制室操作站上的指示也呈红色闪烁，需现场和控制室两边分别进行消音确认。现场确认后，现场喇叭消音，但现场表盘上的红色LED灯仍保持快速闪烁，表示此报警未进行解锁检查。在操作站上确认后，操作站的喇叭消音，显示从红色闪烁变成红色常亮，只要不按解锁钮，将一直保持。
　　　　(b)现场报警信号一经出现即被锁定。即使现场工艺条件恢复正常，报警指示仍然存在。只有在按下解锁UNLOCK按钮同时，系统才对现场工艺条件进行检查。如果现场工艺条件已恢复正常，则报警指示消失；如仍不正常，则现场表盘上对应红色LED灯快速闪烁变成慢速闪烁，表示此报警已进行过解锁检查；操作站上的指示仍维持红色常亮。
　　
　　四系统改造特点
　　
　　　　(1)利用较少投入，解决过去热媒单元控制中所存在的所有问题。
　　　　(2)因系统配置采用CPU冗余、通信冗余，控制系统安全可靠性得到提高。
　　　　(3)在工程应用软件设计方面，除完成原控制系统的所有功能，还在许多方面加以改进：(a)在热媒单元安全联锁功能软件中，增加信号联锁旁路功能，为检修故障仪表和确保热媒单元运行稳定提供了手段。(b)热媒单元的点火顺控程序中，增加了步显示和步锁定功能，既保证系统、工艺和设备故障情况下，过程处于安全稳定停运状态，又能方便查找原因，为快捷点炉和事故分析提供了强有力条件。
　　　　(4)工程软件设计还考虑了PLC系统故障及电网晃电后的突发情况，以软件手段保证PLC故障后或电网晃电后再启动时不发生软件复位引起的安全事故。
　　　　(5)显示操作软件设计更具人性化，充分满足操作人员需求，既防止误操作，又使操作指令得到简化。
　　　　(6)经改造把I/O过程单元与操作单元及控制单元分开，节省信号电缆费用，方便系统维护。I/O处理单元安装在现场，紧靠热媒单元，一旦现场仪表出现故障，能方便通过就地ET200M I/O处理单元卡件上指示灯找出原因。