PCS7控制系統(tǒng)在制漿篩選工段中的應(yīng)用實(shí)踐

張賀琴　林　健　徐建立（河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司，河南　漯河　462000）

?

PCS7控制系統(tǒng)在制漿篩選工段中的應(yīng)用實(shí)踐

張賀琴林健徐建立
（河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司，河南漯河462000）

摘要：分析西門子PCS7過程控制系統(tǒng)相對于新華XDPS-400自控系統(tǒng)在硬件組態(tài)、軟件編程和網(wǎng)絡(luò)配置等方面的優(yōu)點(diǎn)。介紹了運(yùn)用西門子PCS7軟件為平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，同工控機(jī)、PLC、傳感器和執(zhí)行器等一起構(gòu)成DCS控制系統(tǒng)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：篩選控制系統(tǒng)PCS7

0　前　言

制漿過程篩選工段實(shí)行自動(dòng)控制，不僅能提高工作效率，延長設(shè)備使用壽命，而且還能實(shí)現(xiàn)減少消耗等節(jié)能降耗效果。2001年投入運(yùn)行的芬蘭奧斯龍（Ahlstrom）公司生產(chǎn)的篩選設(shè)備選用了新華XDPS-400控制系統(tǒng)[1]。但隨著系統(tǒng)硬件運(yùn)行老化和軟件升級(jí)更新需大量資金投入，以及監(jiān)控設(shè)備的擴(kuò)容性受限等因素，對制漿篩選自控系統(tǒng)進(jìn)行自主開發(fā)和設(shè)計(jì)成為了必須。

西門子PCS7過程控制系統(tǒng)是西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的高度集成，軟件系統(tǒng)集成了STEP7 、WINCC、SCL、CFC等功能，系統(tǒng)應(yīng)用不僅開發(fā)方便，同時(shí)控制功能強(qiáng)大，硬件兼容性強(qiáng)，而且PCS7系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，通信方式技術(shù)成熟，故障診斷和處理更智能高效，為日常的檢查維修和更新升級(jí)提供很大便捷性。在制漿過程篩選工段的DCS控制設(shè)計(jì)應(yīng)用中，PCS7與新華XDPS-400相比有以下優(yōu)勢[2-3]：

（1）網(wǎng)絡(luò)配置。系統(tǒng)采用ET200M(IM153-1)擴(kuò)展模塊，各子站之間使用Profibus DP通信，CPU和上位機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式，比新華XDPS-400網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的I/O站MAC通信卡連接和DPU與上位機(jī)同軸線纜通信更具有抗干擾能力、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。

（2）軟硬件開發(fā)應(yīng)用。西門子PCS7和PLC系列等產(chǎn)品在造紙行業(yè)應(yīng)用的成熟性和廣泛性，以及維保人員對其的掌控，為后期工藝生產(chǎn)的改進(jìn)和軟件開發(fā)應(yīng)用提供便利?，F(xiàn)場硬件布局方面，在原現(xiàn)場一次檢測儀表、變配電柜和控制柜安裝位置保持位置不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)工藝方案，對模擬/數(shù)字量控制點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)管理、工藝流程等方面進(jìn)行增設(shè)和優(yōu)化處理。軟件設(shè)計(jì)方面， PCS7相對于新華XDPS-400系統(tǒng)，具有ET200M分布式、開發(fā)自主、兼容性強(qiáng)大便利等優(yōu)勢。

（3）通信方面。PCS7系統(tǒng)設(shè)備和中央控制室構(gòu)成一個(gè)開放性局域網(wǎng)絡(luò)，方便OS、ES和其他設(shè)備的接入，在ES上通過組態(tài)軟件可方便地增加或者修改監(jiān)控對象和畫面，使整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控既有可擴(kuò)展性又具有全面性。

綜上所述，西門子PCS7系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開發(fā)、調(diào)試、維護(hù)等方面有卓越的表現(xiàn)，而且通過自主開發(fā)應(yīng)用，可降低工程項(xiàng)目資金投入，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控、工藝優(yōu)化和降低成本的目的。

1　制漿篩選系統(tǒng)工藝

自蒸煮車間噴放鍋的蒸煮漿進(jìn)入到真空洗漿機(jī)洗滌后，被打入洗后漿塔成漿。成漿進(jìn)入方漿池進(jìn)行粗篩，篩后良漿經(jīng)一道細(xì)篩和除節(jié)機(jī)精選后進(jìn)入篩后漿塔。期間篩選出的渣漿，經(jīng)二道細(xì)篩、除渣器、輕雜質(zhì)槽和跳篩后形成尾漿，供板紙車間作為漿料生產(chǎn)使用。因此，整個(gè)系統(tǒng)的篩選根據(jù)工藝質(zhì)量控制，可最大程度滿足不同紙漿供應(yīng)需求，見圖1。

圖1　篩選工藝流程圖

2　基于PC7環(huán)境下篩選控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)硬件配置

控制系統(tǒng)硬件主要包括工控機(jī)（操作員站）、西門子PLC控制柜及現(xiàn)場檢測控制儀表等。本設(shè)計(jì)方案僅在控制軟件方面進(jìn)行更新，所對應(yīng)的中央處理單元按照I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行連接調(diào)試后，完全可滿足控制要求。

分析整個(gè)工藝流程，系統(tǒng)以（SCL+ CFC）開發(fā)方式，采用了西門子S7-400系列CPU（6ES7 CPU414-3PN/DP）[4]控制檢測的變量有：

①AI(A/D模塊)，56點(diǎn)（采用模擬量輸入模塊SM331，6ES7 331-7KF02-OABO）；

②AO(D/A模塊)，36點(diǎn)(采用模擬量輸出模塊SM332，6ES7 332-5HF00-OABO）；

③DI:82點(diǎn)(采用開關(guān)量反饋模塊SM321，6ES7 321-7BH01-OABO）；

④DO:78點(diǎn)（采用開關(guān)量輸出模塊SM322，6ES7 322-1BLOO-OAAO）；各I/O點(diǎn)數(shù)各留有15%的余量。現(xiàn)場總線通信選用：6ES7 153-1AA03 -0AB0。

2.2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從站采用分布式ET200M形式。子站與子站、ET子站與CPU之間，均采用了Profibus DP通信方式。CPU與上位機(jī)WINCC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，并通過交換機(jī)擴(kuò)展至3個(gè)操作站和1個(gè)工程師站，見圖2。

圖2　篩選控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在離線狀態(tài)下，完成西門子PCS7系統(tǒng)的硬件組態(tài)以及編程[5-6]，通過完善WINCC畫面、控件與CPU變量標(biāo)簽的鏈接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的查看、操作和監(jiān)控管理。本文主要從軟件的硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、編程（清水節(jié)能、聯(lián)鎖控制）優(yōu)化等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

（1）硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如圖3和圖4所示。

圖3　硬件組態(tài)圖界面

圖4　網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖界面

（2）編程過程如下：

①同一種設(shè)備都采用統(tǒng)一的功能塊，這樣做對同一種類設(shè)備的維護(hù)和檢修就變得比較容易和明了。比如泵控制的功能塊，有掉電保護(hù)、運(yùn)行計(jì)時(shí)等功能，完全滿足生產(chǎn)控制所需。同時(shí)，通過SCL編程，實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備的運(yùn)行計(jì)時(shí)功能，起到節(jié)能降耗、降低成本的作用。為了節(jié)約清水的使用量，對清水泵的運(yùn)行進(jìn)行計(jì)時(shí)控制，促使操作員根據(jù)需要使用清水，以每班清水泵的總體運(yùn)行時(shí)間累計(jì)值作為一項(xiàng)考核指標(biāo)，可達(dá)到降低成本的目的。以清水泵計(jì)時(shí)功能為例，下面是其SCL源代碼：

FUNCTION_BLOCK FB52

TITLE='計(jì)時(shí)程序 銀鴿'//2011.5.8

KNOW_HOW_PROTECT//Program Protect

VERSION:'1.0' //Add By 銀鴿

AUTHOR:YG//Edit By 銀鴿

NAME: YG//Name

FAMILY:YGLIB //Family

{S7_m_c:=’true’} //-- In_Out_Parameter --

VAR_IN_OUT//輸入?yún)?shù)

Rset{S7_m_c:='true';S7_param:='true'}:BOOL;//清零

start{S7_m_c:='true';S7_param:='true'}:BOOL;//開始計(jì)時(shí)

END_VAR

VAR_OUTPUT//輸出參數(shù)

Sec{S7_m_c:='true'}:int; //秒計(jì)時(shí)

minutes{S7_m_c:='true'}:int;//分鐘計(jì)時(shí)

Hour{S7_m_c:='true'}:int;//小時(shí)計(jì)時(shí)

END_VAR

VAR

secin:int;

minin:int;

houin:int;

END_VAR

BEGIN;

IF start=true

THEN secin:=secin+1;

END_IF;

IF secin>=600

THEN minin:=minin+1;

secin:=0;

END_IF;

IF minin>=60

THEN houin:=houin+1;

minin:=0;

END_IF;

IF houin>=999999

THEN houin:=0;

END_IF;

Sec:=secin/10;

minutes:=minin;

Hour:=houin;

IF Rset=true

THEN secin:=0;

minin:=0;

houin:=0;

Rset:=false;

END_IF;

功能塊源代碼結(jié)束，使用西門子源代碼編譯器編譯檢查無誤后，自動(dòng)生成相關(guān)的功能塊，以便在程序中調(diào)用。清水泵的運(yùn)行信號(hào)引入到計(jì)時(shí)功能塊的“start”引腳上，泵一旦啟動(dòng)，功能塊自動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)將時(shí)長顯示到WINCC畫面上，以便操作員交班記錄，見圖5。

圖5　清水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)控制人機(jī)界面

②連鎖控制優(yōu)化。為保證工藝過程的動(dòng)作安全可靠，自控方面往往通過連鎖功能進(jìn)行控制。如篩選工藝流程中的一道細(xì)篩、二道細(xì)篩設(shè)備均具有自動(dòng)排渣的功能。為改善原控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)僵硬，提高自動(dòng)排渣效果，本方案根據(jù)工藝特點(diǎn)對自動(dòng)排渣功能做出了優(yōu)化。圖6為細(xì)篩自動(dòng)排查的功能塊。各種時(shí)間參數(shù)可以在上位機(jī)人機(jī)對話窗口自由設(shè)定，如圖7所示。經(jīng)過邏輯優(yōu)化后的排渣自動(dòng)控制設(shè)定靈活，出現(xiàn)異常系統(tǒng)報(bào)警及時(shí)、準(zhǔn)確，大大提高了工作效率和設(shè)備的安全性能。

圖6　細(xì)篩自動(dòng)排渣功能塊組態(tài)界面

（3）程序完善后，在WINCC上，根據(jù)工藝過程，編輯人機(jī)界面，如圖8所示，可實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況控制、歷史曲線圖、報(bào)警畫面和報(bào)表的調(diào)用查看功能。

（4）程序編譯后，下載到CPU運(yùn)行，完成控制系統(tǒng)優(yōu)化。

3　結(jié)束語

（1）運(yùn)用西門子PCS7軟件為平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)投運(yùn)后的篩選控制系統(tǒng)，操作便捷，工藝管控能力得到提高?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定可靠,效果明顯。

（2）節(jié)能效果明顯。控制系統(tǒng)投運(yùn)后，每日可減少清水用量200 t左右，有益于降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，減少了生產(chǎn)制漿廢水量，為環(huán)保工序提供了有利條件。這樣具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

圖7　連鎖控制人機(jī)界面

圖8　篩選控制系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)界面

參考文獻(xiàn)：

[1] 王孟效,湯偉,施頌椒. [J].中國造紙.2002,22(6)：24-27.

[2] 新華控制工程有限公司.XDPS-400分散型控制系統(tǒng)綜述 [M].2001

[3] 吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：90-126.

[4]S7-300可編程序控制器硬件和安裝手冊[G]. SIEMENS資料，2004.

[5] 孫海維.SIMATIC可編程序控制器及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：50-95.

[6] 戴一平.可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：163-177.

張賀琴（1972—）本科助理工程師河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司生產(chǎn)運(yùn)營部主任師，主要從事造紙工藝過程自動(dòng)控制的優(yōu)化、開發(fā)和應(yīng)用等研究。

地址：河南省漯河市召陵區(qū)人民路與中山路交叉口銀鴿大廈811室；郵編：462000；聯(lián)系電話：0395-5615525；13781705309；E-mail：1456123860@qq.com

A practice on the application of PCS7 control system in production of screening stage

ZHANG Heqing， LIN Jian，XU Jianli
( YinGe Industrial Investment Co., Ltd , Henan Luohe 462000)

Abstract:Simens PC7 control system process,relative to XDPS-400 of Xinhua in hardware configuration, software programming ,network configuration and other aspects were analyzed. PCS7 have been used as a software development platform .The DCS is composed of industrial computer ,PLC,sensors and final controlling element,while brings economic benefits and social value.

Keywords:screening stage;control system; PCS7

作者簡介：