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一、目簡(jiǎn)介項(xiàng)
山東海化股份有限公司天祥化工廠
山東海化股份有限公司座落在世界著名的風(fēng)箏之都山東省濰坊市西北部渤海萊洲灣南畔，是由國(guó)有特大型企業(yè)山東海化集團(tuán)有限公司作為獨(dú)家發(fā)起人，于1998年5月在深圳證券交易所掛牌交易的上市公司。下設(shè)純堿廠、天祥化工廠等多家子公司。
山東海化，以發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)，致力于發(fā)展海洋化工，依托當(dāng)?shù)氐锰?/SPAN>獨(dú)厚的鹽資源優(yōu)勢(shì)，成功開(kāi)發(fā)出以純堿為主導(dǎo)產(chǎn)品核心，以溴素、三聚氰胺、氯化鈣、硝酸鈉、亞硝酸鈉等主要產(chǎn)品為輔助，由堿系列、溴系列、苦鹵化工、精細(xì)化工等產(chǎn)品構(gòu)成的產(chǎn)品系列。純堿、溴素、溴化物、氯化鈣、三聚氰胺等多種產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率雄居全國(guó)首位。
進(jìn)入21世紀(jì)以后，山東海化加快了發(fā)展的步伐，先后上馬了純堿廠60萬(wàn)噸/年純堿項(xiàng)目，天祥化工廠4萬(wàn)噸/年甲烷氯化物、10萬(wàn)噸/年乙酸乙酯和5萬(wàn)噸/年苯胺項(xiàng)目。
同時(shí)山東海化與西門(mén)子的合作也進(jìn)入了一個(gè)新階段，以上這四套裝置的DCS系統(tǒng)全部采用了西門(mén)子PCS7，主要由上海西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化有限公司集成。
山東海化純堿廠60萬(wàn)噸/年純堿裝置已于2004年初投入運(yùn)行，三年來(lái)取得了很好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果，使純堿廠成為亞洲最大的純堿生產(chǎn)廠。
山東海化天祥化工廠，成立于2004，致力于化工產(chǎn)品生產(chǎn)。先后建設(shè)了4萬(wàn)噸/年甲烷氯化物、10萬(wàn)噸/年乙酸乙酯和5萬(wàn)噸/年苯胺項(xiàng)目。為山東海化向化工產(chǎn)業(yè)的縱深發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。
上海西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化有限公司近年來(lái)完成了多個(gè)化工裝置的控制系統(tǒng)，如江蘇梅蘭離子膜一期、二期，江蘇梅蘭PTFE，山東亞星離子膜，山東亞星雙氧水，上海賽科空分等，具備化工裝置控制系統(tǒng)集成的較強(qiáng)實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)。這些項(xiàng)目的成功實(shí)施同時(shí)也證明了PCS7在化工領(lǐng)域運(yùn)用的優(yōu)越性。
二、生產(chǎn)工藝
山東海化股份有限公司天祥化工廠5萬(wàn)噸/年苯胺裝置
苯胺裝置采用化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院提供的生產(chǎn)工藝，該工藝主要分為硝化單元、還原單元、精制單元、廢酸濃縮單元、廢水處理單元和氫壓機(jī)單元。各單元簡(jiǎn)介如下：
1．硝化單元
苯和硝酸反應(yīng)(83％的硫酸作為催化劑)，生成硝基苯，并產(chǎn)生68－70％的廢酸。
2．還原單元
硝基苯經(jīng)過(guò)初餾塔和精餾塔精制后成為精硝基苯；精硝基苯加氫還原（單銅硅膠為催化劑），生成粗苯胺。
3．精制單元
粗苯胺經(jīng)過(guò)脫水塔和精餾塔精制后成為精苯胺，精苯胺為最終產(chǎn)品。
4．廢酸濃縮單元
廢酸經(jīng)提取去除硝酸后蒸發(fā)成為83％的硫酸，再供硝化使用；
5．廢水處理單元
在硝化反應(yīng)中產(chǎn)生的廢水，經(jīng)廢水汽提塔回收部分硝基苯后去污水處理單元進(jìn)行處理。
6．氫壓機(jī)單元
共4各氫壓機(jī)組，用于氫氣的壓縮，壓縮空氣供加氫還原使用。
由于苯胺裝置具有易燃易爆的特點(diǎn)，在本體設(shè)計(jì)時(shí)增加了很多防爆的安全裝置，如采用加固裝置、安全閥、防爆閥和信號(hào)隔離等。同時(shí)還采取了德國(guó)HIMA提供的ESD緊急停車(chē)系統(tǒng)，以降低裝置運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。ESD通過(guò)Modbus和DCS進(jìn)行通訊。
三、控制系統(tǒng)構(gòu)成
該裝置監(jiān)控系統(tǒng)為SIEMENS PCS7 V6.1 SP1。
SIEMENS PCS（Process Control System）7系統(tǒng)是面向工業(yè)過(guò)程的分布式的全集成控制系統(tǒng)，它綜合了DCS、PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)。
開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、開(kāi)放式操作系統(tǒng)以及開(kāi)放式接口使公司范圍內(nèi)，即從生產(chǎn)級(jí)到管理級(jí)的整個(gè)信息系統(tǒng)最優(yōu)化；在全集成自動(dòng)化的環(huán)境下，采用統(tǒng)一的自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠的自動(dòng)化控制和管理。
全集成自動(dòng)化方案就是用一種系統(tǒng)完成原來(lái)由多種系統(tǒng)搭配起來(lái)才能完成的所有功能。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動(dòng)化可以克服上位機(jī)和各工業(yè)控制器之間，連續(xù)控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。同時(shí)，全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，基于這種環(huán)境，技術(shù)人員可以在同一個(gè)平臺(tái)下對(duì)所有應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)和編程。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用了西門(mén)子400系列冗余控制器：2套CPU 417-4H（儀表部分YB1、YB2）和1套CPU 414-4H（電氣部分DQ）。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：CPU冗余、電源冗余、I/O冗余、Profibus-DP冗
余、以太網(wǎng)冗余、服務(wù)器冗余，冗余SERVER-CLIENT結(jié)構(gòu)，雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)、終端網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)。穩(wěn)定性顯而易見(jiàn)，同時(shí)還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和移植性。
DCS系統(tǒng)通過(guò)西門(mén)子通訊卡件CP341和ESD系統(tǒng)通訊，采用Modbus485通訊協(xié)議，組態(tài)設(shè)置和編程都十分簡(jiǎn)單易懂。ESD把自身的狀態(tài)及其采集的信號(hào)狀態(tài)、ESD報(bào)警和動(dòng)作等信息通訊給DCS，以方便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采用相應(yīng)措施以維持裝置的安全運(yùn)行。
下圖為YB1 CPU柜的前視圖：
下圖為YB1硬件配置圖：
四、控制系統(tǒng)完成的重點(diǎn)分析
基于苯胺裝置的危險(xiǎn)性，在工程之初，設(shè)計(jì)院、海化天祥化工廠及上海西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化有限公司就對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性能做了深入分析，采用了大量的安全柵、繼電器以隔離防爆；同時(shí)增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)的冗余，特別是IO冗余。同時(shí)海化天祥化工廠的工程師還提出了控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)的監(jiān)控。這里，就IO冗余和控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)監(jiān)控作一些分析。
1. IO冗余
下圖為IO冗余結(jié)構(gòu)示意圖，冗余卡件的使用，使得當(dāng)一個(gè)卡件或通道故障時(shí)相應(yīng)的IO信號(hào)仍然能夠保持正常。
本項(xiàng)目中，用到了AI冗余、AO冗余、DO冗余和Modbus冗余，這里以AI冗余為例說(shuō)明。
AI冗余分為帶有冗余傳感器的冗余模擬量輸入模板方式：
和接入非冗余傳感器的冗余模擬量輸入模板方式：
在本項(xiàng)目中，模擬量輸入為4線(xiàn)制或2線(xiàn)制4－20mA信號(hào)，傳感器不冗余，AI卡件為6ES7 331-7KF02-0AB0，故采用了第二種方式中的間接電流測(cè)量方式。
1.1 硬件設(shè)計(jì)
下圖為接線(xiàn)原理圖:
由于一個(gè)信號(hào)要接入兩個(gè)卡件，所以我們采用了冗余端子，AI冗余端子結(jié)構(gòu)如下（僅為示意圖，冗余端子可由有資質(zhì)的柜廠訂做或者向有資質(zhì)的第三方購(gòu)買(mǎi)）：（R1、R2為250歐姆）
當(dāng)信號(hào)為4－20mA 2線(xiàn)制時(shí)，接線(xiàn)方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應(yīng)通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應(yīng)通道）
當(dāng)信號(hào)為4－20mA 4線(xiàn)制時(shí)，接線(xiàn)方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應(yīng)通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應(yīng)通道）
1．2 組態(tài)設(shè)置
設(shè)置控制器過(guò)程影像分區(qū)：
卡件冗余設(shè)置：
輸入設(shè)置，在本項(xiàng)目中測(cè)量類(lèi)型應(yīng)為1－5V電壓類(lèi)型而非4－20mA電流型：
地址設(shè)置，過(guò)程影像區(qū)設(shè)為PIP1：
注：以上設(shè)置只對(duì)主卡件（低地址）設(shè)置，可以認(rèn)為備用卡件不存在。
1．3 CFC
在CFC中，只需對(duì)冗余IO的低地址進(jìn)行組態(tài)，可以認(rèn)為高地址的卡件不存在；且冗余IO的驅(qū)動(dòng)塊必須放在和卡件過(guò)程影像區(qū)對(duì)應(yīng)的OB中，否則有可能出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定。本項(xiàng)目中，卡件過(guò)程影像區(qū)為PIP1，對(duì)應(yīng)的OB為OB35，所以驅(qū)動(dòng)塊應(yīng)放在OB35中。如下圖所示：
2. Plant Bus環(huán)網(wǎng)監(jiān)控
2．1 OSM狀態(tài)監(jiān)視
2．1．1 OSM設(shè)置
運(yùn)行PST工具s7wnpstx.exe（該工具可以從西門(mén)子網(wǎng)站上免費(fèi)下載），設(shè)
置OSM的地址。具體步驟可參見(jiàn)其幫助信息，這里不一一說(shuō)明。
打開(kāi)IE EXPLORER，輸入http://192.168.0.201/，打開(kāi)如上網(wǎng)頁(yè)，Login ID為admin，Password默認(rèn)為admin。在如下的OSM配置頁(yè)面內(nèi)可以對(duì)OSM進(jìn)行具體配置，如，是否監(jiān)視電源輸入，是否監(jiān)視兩個(gè)光纖口的狀態(tài)，等等。
2．1．2 OPC設(shè)置
添加OPC SNMP節(jié)點(diǎn)OSM，做相應(yīng)設(shè)置并Export Tags for Wincc（具體步驟略）。
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設(shè)置如下。
。點(diǎn)擊該圖標(biāo)，
