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PC S7在大庆油田热电厂热网中的应用

文件大小: 格式: 发布时间:2007-12-20 浏览次数:
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【中文关键词】 PC  S7在大庆油田热电厂热网中的应用            
【摘要】 从热网运行的情况来看,仪表准确率达100%,保护投和自动调节设备均已全部投入使用,证明了PC S7过程控制系统在实际生产中具有较强可用性和较高安全性,还是值得信赖的!
【部分正文预览】

 一、系统的配置及特点
  系统按照大庆油田热电厂热网的工艺特点,控制站使用一对冗余控制器,其中电源模件、CPU模件、通讯模件、I/O接口均1:1隔离冗余,其MTBF高达标150年。配备三台操作员站,分别放置在三台机组的单元控制室内,每个站均可对热网实现全面监控操作,起到相互备用的作用。通过设置不同级别的操作密码,可以限制不同的监控和操作范围,也实现了系统保护和防止误操作的功能。系统配置一台工程师站,在热网控制室内,可对整个系统实现集中组态和维护,工程师站配备激光打印机,通过网络共享为三个操作员站提供报表打印服务。操作员站与控制站之间通过高速环状冗余工业以太网连接,通讯介质使用光缆,提高抗干扰性,网线和通讯部件均冗余配置,提高通讯的可靠性。
  系统构成主要由pc s7过程控制及故障诊断系统、WINCC操作监控系统、现场通讯系统、ES工程师组态系统四部分组成。

1、pc s7过程控制及故障诊断系统
(1)pc s7过程控制及故障诊断系统是热网dcs系统的核心,本着安全第一的原则,控制站采用了冗余的配置,冗余的控制站装在一个紧凑型机架上,主CPU 和热备CPU通过光缆链接,通过此种链接使两个CPU 保持对过程数据的同步扫描,同步处理过程确保运行一直处在连续状态中,即使当主CPU 出现故障时依靠热备CPU 的工作也能保证生产运行的连续性。




  冗余的控制站各自配有独立的电源ps 405和独立的通讯模件CP 443通过冗余的接口模件IM153-2与ET200分布式I/O模件相连,ET200作为输入输出模件主要用于采集现场信号,并将中央处理器的指令传输给执行机构,控制的信号类型有:
DI数字量输入信号 400 点
DO数字量输出信号 450 点
AI模拟量输入信号 350 点(其中4—20mA信号252点,Pt100电阻信号98点)
AO模拟量输出信号 100 点

(2)、Pc s7过程控制系统的故障诊断功能秉承了西门子产品一贯的简洁、实用一切以生产为主的特点。每块模件均有状态显示灯,可以帮助维护人员快速判断模件状态。尤其令人称道的是对CPU的故障诊断最为完善,CPU上共有13个状态灯用于显示CPU的当前状态,其含义见下表:




  对于整个系统的监测与故障诊断集成在 PC S7 MNANGER软件中,通过它可以清楚的了解操作站的使用情况及网络通讯的健康状况,通过在线监测CFC连续功能图我们可以实时了解过程数据的传输及通道使用情况,一旦某个通道短路、断路在CFC连续功能图中其相应的监测位置由0置1,这种故障诊断功能的实现,极大地方便了维护人员对故障点的判断。

2、WINCC 操作监控系统
  WINCC操作监控系统具有控制生产过程的强大功能,主要负责控制室的操作人员和生产过程之间的数据交换,承担对系统进行集中操作、观察和监视的任务。WINCC是基于WINNT/WIN 2000平台的系统软件,主要有以下部分组成:
  图形系统:用于图形显示和操作,在热网中主要控制的系统有热网加热器汽水系统、生软水加热系统、热网补水系统、工业抽汽系统共13幅画面,分别为热网除氧器、工业抽汽、#1#2热加、#3#4热加、#5#6热加、生软水加热器、线路水泵、大网供热、热网参数表、曲线、流量累积。主要控制的功能有泵的操作、电动门监视操作、连锁回路监视、电动执行器监视操作、变频泵闭环控制、调节阀的压力液位闭环控制及流量、温度、压力的参数显示。
  报警系统:主要用于过程信号报警与事件信息的采集和显示,在热网系统中报信号按系统划分为三大类:电气报警信号、热工报警信号、DCS电源故障。当报警信号到来时分别触发位于#1、#2、#3单元控制室内的声光报警回路进行声光报警。按报警级别又分为三级报警:分别为警告、报警、故障。当黄色警告信号到来时表示我们监测的生产过程值已经接近报警值了,运行人员要警觉。当红色报警到来时表明过程值已经超过了设定值,运行人员要对报警进行确认。当黑色故障信号到来时表明设备已经不能远方操作了,要对故障信号进行复位。
  过程归档:主要对报警、测量值和用户数据进行归档管理,热网报警信号的归档采用了短归档方式最多可容纳1000条报警信号,循环归档。报警归档记录了报警信号的时间、类别、报警名称和级别。测量值归档是对采集的过程值进行整理后用于显示和存档,用户可自行定义显示的数据格式。在热网参数表、曲线、累积流量三幅画面中均使用了测量值归档方式进行显示。用户数据归档记录了运行人员操作的时间、操作站名称、设备位号以及操作后的结果。
报表系统:主要是将控制过程中纪录的数据进行打印输出,热网报表系统可打印报警信息报表、操作员活动纪录报表、测量值归档报表三种类型报表。报警信息报表和操作员活动纪录报表可随时打印,测量值归档报表每天自动打印一次。

3、现场通讯系统
  现场网络通讯可分为两部分上层管理网、下层控制网。
  上层管理网通讯介质采用光纤连接成高速环状冗余工业以太网,通过与OS站、ES站和控制器上的CP 443通讯卡相连接,采用TCP/IP协议,满足操作站、工程师站对现场设备的监视、控制和管理,可实现OS站和ES站之间的数据共享,文件管理程序传输等功能。
  下层控制网采用双绞线电缆,使用了PROFIBUS-DP现场总线技术,传输速率高达12Mbit/S,通过使ET200上的IM153接口模块与控制器互连,满足对现场信号的采集、指令的发送和控制器的通讯。





4、ES工程师组态系统
  ES工程师组态系统主要包括硬件组态和S7 编程、WINCC图形组态三部分。
  硬件组态是一种图形化的组态方式,通过在项目中双击hardware即可打开组态画面,根据产品订货号在设备档案库中依次把机架、电源模件、CPU、通讯卡、I/O模件拖入组态图中,设定完地址后,就基本完成了硬件组态,初次组态必须使用MPI协议方可下载到控制站中。这样,我们就得到了一个和实际硬件安装一模一样硬件组态,从而,确定了I/O模件上每个通道的地址。
  程序设计是设备安全运行的关键,由于在热网系统中没有太多的顺控设备,在此次程序设计中基本使用都是CFC连续功能图进行设计的。CFC是一种图形化的设计软件组态方便、操作简单,在程序中预制了我们在工业生产中经常用到的模块例如PID模块、监控模块、电机控制块等等。在设计时只要找到相应的模块拖入组态画面中设定好参数,连接好数据通道即可完成设计,最后还要编译、下载到PLC中。为了使WINCC组态时能找到S7变量还要在OPTION中进行PLC-OS的传输。
  WINCC组态功能十分强大,提供了用于过程可视化和操作的全部功能。主要有以下几部分组成:
  1、图形设计器:绘制可视化的生产过程,组态图形元素与变量标签的连接,既可定义图形静态的属性和事件,也可使属性动态化。
  2、报警归档:组态报警发生时显示的文字,报警的级别和事件的来源。
  3、变量存档:可对变量进行集中归档用于表格的显示和曲线中。
  4、报表设计器:自由组态报表的布局,打印方式。
  5、用户管理:可设置操作员的用户名、密码并可决定操作员操作的权限。

二、应用心得
  控制站的冗余配置增加了系统的可靠性,很好的保证了生产过程的连续运行。
  图形化的编程方便、直观提高了编程人员的工作效率。通过对CFC功能图的在线监测可以很容易判断出故障点,极大的方便了维护人员对故障点的查找。
  WINCC组态功能强大,可完成生产过程可视化的全部要求。
  美中不足的是在程序设计时对全开全关门控制的不够严密,运行时曾发生#1线路水泵入口门发故障信号,操作人员发出复位指令导致入口门由全开变成全关,线路水泵跳泵现象,鉴于此,我们修改了程序把复位按钮均指向阀门全开位置。由于热网控制室位于#1机和#2机零米之间靠近#2机给水泵,控制室内震动较大,投产时就发生了一阀门在无人操作时自己就显示故障,故障信号时有时无,查其原因就是震动导致端子排松动引起反馈信号丢失所至,所以维护人员要定期紧固端子。

三、结束语
  从热网运行的情况来看,仪表准确率达100%,保护投和自动调节设备均已全部投入使用,证明了PC S7过程控制系统在实际生产中具有较强可用性和较高安全性,还是值得信赖的!




 

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