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          應用案例

          PC S7在大慶油田熱電廠熱網中的應用

          文件大。 格式: 發布時間:2007-12-20 瀏覽次數:
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          【中文關鍵詞】 PC  S7在大慶油田熱電廠熱網中的應用            
          【摘要】 從熱網運行的情況來看,儀表準確率達100%,保護投和自動調節設備均已全部投入使用,證明了PC S7過程控制系統在實際生產中具有較強可用性和較高安全性,還是值得信賴的!
          【部分正文預覽】

           一、系統的配置及特點
            系統按照大慶油田熱電廠熱網的工藝特點,控制站使用一對冗余控制器,其中電源模件、CPU模件、通訊模件、I/O接口均1:1隔離冗余,其MTBF高達標150年。配備三臺操作員站,分別放置在三臺機組的單元控制室內,每個站均可對熱網實現全面監控操作,起到相互備用的作用。通過設置不同級別的操作密碼,可以限制不同的監控和操作范圍,也實現了系統保護和防止誤操作的功能。系統配置一臺工程師站,在熱網控制室內,可對整個系統實現集中組態和維護,工程師站配備激光打印機,通過網絡共享為三個操作員站提供報表打印服務。操作員站與控制站之間通過高速環狀冗余工業以太網連接,通訊介質使用光纜,提高抗干擾性,網線和通訊部件均冗余配置,提高通訊的可靠性。
            系統構成主要由pc s7過程控制及故障診斷系統、WINCC操作監控系統、現場通訊系統、ES工程師組態系統四部分組成。

          1、pc s7過程控制及故障診斷系統
          (1)pc s7過程控制及故障診斷系統是熱網dcs系統的核心,本著安全第一的原則,控制站采用了冗余的配置,冗余的控制站裝在一個緊湊型機架上,主CPU 和熱備CPU通過光纜鏈接,通過此種鏈接使兩個CPU 保持對過程數據的同步掃描,同步處理過程確保運行一直處在連續狀態中,即使當主CPU 出現故障時依靠熱備CPU 的工作也能保證生產運行的連續性。




            冗余的控制站各自配有獨立的電源ps 405和獨立的通訊模件CP 443通過冗余的接口模件IM153-2與ET200分布式I/O模件相連,ET200作為輸入輸出模件主要用于采集現場信號,并將中央處理器的指令傳輸給執行機構,控制的信號類型有:
          DI數字量輸入信號 400 點
          DO數字量輸出信號 450 點
          AI模擬量輸入信號 350 點(其中4—20mA信號252點,Pt100電阻信號98點)
          AO模擬量輸出信號 100 點

          (2)、Pc s7過程控制系統的故障診斷功能秉承了西門子產品一貫的簡潔、實用一切以生產為主的特點。每塊模件均有狀態顯示燈,可以幫助維護人員快速判斷模件狀態。尤其令人稱道的是對CPU的故障診斷最為完善,CPU上共有13個狀態燈用于顯示CPU的當前狀態,其含義見下表:




            對于整個系統的監測與故障診斷集成在 PC S7 MNANGER軟件中,通過它可以清楚的了解操作站的使用情況及網絡通訊的健康狀況,通過在線監測CFC連續功能圖我們可以實時了解過程數據的傳輸及通道使用情況,一旦某個通道短路、斷路在CFC連續功能圖中其相應的監測位置由0置1,這種故障診斷功能的實現,極大地方便了維護人員對故障點的判斷。

          2、WINCC 操作監控系統
            WINCC操作監控系統具有控制生產過程的強大功能,主要負責控制室的操作人員和生產過程之間的數據交換,承擔對系統進行集中操作、觀察和監視的任務。WINCC是基于WINNT/WIN 2000平臺的系統軟件,主要有以下部分組成:
            圖形系統:用于圖形顯示和操作,在熱網中主要控制的系統有熱網加熱器汽水系統、生軟水加熱系統、熱網補水系統、工業抽汽系統共13幅畫面,分別為熱網除氧器、工業抽汽、#1#2熱加、#3#4熱加、#5#6熱加、生軟水加熱器、線路水泵、大網供熱、熱網參數表、曲線、流量累積。主要控制的功能有泵的操作、電動門監視操作、連鎖回路監視、電動執行器監視操作、變頻泵閉環控制、調節閥的壓力液位閉環控制及流量、溫度、壓力的參數顯示。
            報警系統:主要用于過程信號報警與事件信息的采集和顯示,在熱網系統中報信號按系統劃分為三大類:電氣報警信號、熱工報警信號、DCS電源故障。當報警信號到來時分別觸發位于#1、#2、#3單元控制室內的聲光報警回路進行聲光報警。按報警級別又分為三級報警:分別為警告、報警、故障。當黃色警告信號到來時表示我們監測的生產過程值已經接近報警值了,運行人員要警覺。當紅色報警到來時表明過程值已經超過了設定值,運行人員要對報警進行確認。當黑色故障信號到來時表明設備已經不能遠方操作了,要對故障信號進行復位。
            過程歸檔:主要對報警、測量值和用戶數據進行歸檔管理,熱網報警信號的歸檔采用了短歸檔方式最多可容納1000條報警信號,循環歸檔。報警歸檔記錄了報警信號的時間、類別、報警名稱和級別。測量值歸檔是對采集的過程值進行整理后用于顯示和存檔,用戶可自行定義顯示的數據格式。在熱網參數表、曲線、累積流量三幅畫面中均使用了測量值歸檔方式進行顯示。用戶數據歸檔記錄了運行人員操作的時間、操作站名稱、設備位號以及操作后的結果。
          報表系統:主要是將控制過程中紀錄的數據進行打印輸出,熱網報表系統可打印報警信息報表、操作員活動紀錄報表、測量值歸檔報表三種類型報表。報警信息報表和操作員活動紀錄報表可隨時打印,測量值歸檔報表每天自動打印一次。

          3、現場通訊系統
            現場網絡通訊可分為兩部分上層管理網、下層控制網。
            上層管理網通訊介質采用光纖連接成高速環狀冗余工業以太網,通過與OS站、ES站和控制器上的CP 443通訊卡相連接,采用TCP/IP協議,滿足操作站、工程師站對現場設備的監視、控制和管理,可實現OS站和ES站之間的數據共享,文件管理程序傳輸等功能。
            下層控制網采用雙絞線電纜,使用了PROFIBUS-DP現場總線技術,傳輸速率高達12Mbit/S,通過使ET200上的IM153接口模塊與控制器互連,滿足對現場信號的采集、指令的發送和控制器的通訊。





          4、ES工程師組態系統
            ES工程師組態系統主要包括硬件組態和S7 編程、WINCC圖形組態三部分。
            硬件組態是一種圖形化的組態方式,通過在項目中雙擊hardware即可打開組態畫面,根據產品訂貨號在設備檔案庫中依次把機架、電源模件、CPU、通訊卡、I/O模件拖入組態圖中,設定完地址后,就基本完成了硬件組態,初次組態必須使用MPI協議方可下載到控制站中。這樣,我們就得到了一個和實際硬件安裝一模一樣硬件組態,從而,確定了I/O模件上每個通道的地址。
            程序設計是設備安全運行的關鍵,由于在熱網系統中沒有太多的順控設備,在此次程序設計中基本使用都是CFC連續功能圖進行設計的。CFC是一種圖形化的設計軟件組態方便、操作簡單,在程序中預制了我們在工業生產中經常用到的模塊例如PID模塊、監控模塊、電機控制塊等等。在設計時只要找到相應的模塊拖入組態畫面中設定好參數,連接好數據通道即可完成設計,最后還要編譯、下載到PLC中。為了使WINCC組態時能找到S7變量還要在OPTION中進行PLC-OS的傳輸。
            WINCC組態功能十分強大,提供了用于過程可視化和操作的全部功能。主要有以下幾部分組成:
            1、圖形設計器:繪制可視化的生產過程,組態圖形元素與變量標簽的連接,既可定義圖形靜態的屬性和事件,也可使屬性動態化。
            2、報警歸檔:組態報警發生時顯示的文字,報警的級別和事件的來源。
            3、變量存檔:可對變量進行集中歸檔用于表格的顯示和曲線中。
            4、報表設計器:自由組態報表的布局,打印方式。
            5、用戶管理:可設置操作員的用戶名、密碼并可決定操作員操作的權限。

          二、應用心得
            控制站的冗余配置增加了系統的可靠性,很好的保證了生產過程的連續運行。
            圖形化的編程方便、直觀提高了編程人員的工作效率。通過對CFC功能圖的在線監測可以很容易判斷出故障點,極大的方便了維護人員對故障點的查找。
            WINCC組態功能強大,可完成生產過程可視化的全部要求。
            美中不足的是在程序設計時對全開全關門控制的不夠嚴密,運行時曾發生#1線路水泵入口門發故障信號,操作人員發出復位指令導致入口門由全開變成全關,線路水泵跳泵現象,鑒于此,我們修改了程序把復位按鈕均指向閥門全開位置。由于熱網控制室位于#1機和#2機零米之間靠近#2機給水泵,控制室內震動較大,投產時就發生了一閥門在無人操作時自己就顯示故障,故障信號時有時無,查其原因就是震動導致端子排松動引起反饋信號丟失所至,所以維護人員要定期緊固端子。

          三、結束語
            從熱網運行的情況來看,儀表準確率達100%,保護投和自動調節設備均已全部投入使用,證明了PC S7過程控制系統在實際生產中具有較強可用性和較高安全性,還是值得信賴的!




           

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