PCS7控制系統在制漿篩選工段中的應用實踐

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

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PCS7控制系統在制漿篩選工段中的應用實踐

張賀琴林健徐建立
（河南銀鴿實業投資股份有限公司，河南漯河462000）

摘要：分析西門子PCS7過程控制系統相對于新華XDPS-400自控系統在硬件組態、軟件編程和網絡配置等方面的優點。介紹了運用西門子PCS7軟件為平臺進行開發應用，同工控機、PLC、傳感器和執行器等一起構成DCS控制系統，產生一定的經濟效益和社會價值。

關鍵詞：篩選控制系統PCS7

0　前　言

制漿過程篩選工段實行自動控制，不僅能提高工作效率，延長設備使用壽命，而且還能實現減少消耗等節能降耗效果。2001年投入運行的芬蘭奧斯龍（Ahlstrom）公司生產的篩選設備選用了新華XDPS-400控制系統[1]。但隨著系統硬件運行老化和軟件升級更新需大量資金投入，以及監控設備的擴容性受限等因素，對制漿篩選自控系統進行自主開發和設計成為了必須。

西門子PCS7過程控制系統是西門子自動化產品的高度集成，軟件系統集成了STEP7 、WINCC、SCL、CFC等功能，系統應用不僅開發方便，同時控制功能強大，硬件兼容性強，而且PCS7系統的抗干擾能力強，通信方式技術成熟，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提供很大便捷性。在制漿過程篩選工段的DCS控制設計應用中，PCS7與新華XDPS-400相比有以下優勢[2-3]：

（1）網絡配置。系統采用ET200M(IM153-1)擴展模塊，各子站之間使用Profibus DP通信，CPU和上位機之間采用工業以太網的通信方式，比新華XDPS-400網絡結構的I/O站MAC通信卡連接和DPU與上位機同軸線纜通信更具有抗干擾能力、運行可靠等特點。

（2）軟硬件開發應用。西門子PCS7和PLC系列等產品在造紙行業應用的成熟性和廣泛性，以及維保人員對其的掌控，為后期工藝生產的改進和軟件開發應用提供便利。現場硬件布局方面，在原現場一次檢測儀表、變配電柜和控制柜安裝位置保持位置不變的基礎上，根據生產工藝方案，對模擬/數字量控制點數、數據管理、工藝流程等方面進行增設和優化處理。軟件設計方面， PCS7相對于新華XDPS-400系統，具有ET200M分布式、開發自主、兼容性強大便利等優勢。

（3）通信方面。PCS7系統設備和中央控制室構成一個開放性局域網絡，方便OS、ES和其他設備的接入，在ES上通過組態軟件可方便地增加或者修改監控對象和畫面，使整個系統的監控既有可擴展性又具有全面性。

綜上所述，西門子PCS7系統在設計開發、調試、維護等方面有卓越的表現，而且通過自主開發應用，可降低工程項目資金投入，從而實現生產監控、工藝優化和降低成本的目的。

1　制漿篩選系統工藝

自蒸煮車間噴放鍋的蒸煮漿進入到真空洗漿機洗滌后，被打入洗后漿塔成漿。成漿進入方漿池進行粗篩，篩后良漿經一道細篩和除節機精選后進入篩后漿塔。期間篩選出的渣漿，經二道細篩、除渣器、輕雜質槽和跳篩后形成尾漿，供板紙車間作為漿料生產使用。因此，整個系統的篩選根據工藝質量控制，可最大程度滿足不同紙漿供應需求，見圖1。

圖1　篩選工藝流程圖

2　基于PC7環境下篩選控制系統設計

2.1控制系統硬件配置

控制系統硬件主要包括工控機（操作員站）、西門子PLC控制柜及現場檢測控制儀表等。本設計方案僅在控制軟件方面進行更新，所對應的中央處理單元按照I/O點數進行連接調試后，完全可滿足控制要求。

分析整個工藝流程，系統以（SCL+ CFC）開發方式，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（采用模擬量輸入模塊SM331，6ES7 331-7KF02-OABO）；

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

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

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

2.2控制系統網絡結構

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WINCC之間采用工業以太網通信，并通過交換機擴展至3個操作站和1個工程師站，見圖2。

圖2　篩選控制系統網絡結構

2.3控制系統軟件設計

本系統在離線狀態下，完成西門子PCS7系統的硬件組態以及編程[5-6]，通過完善WINCC畫面、控件與CPU變量標簽的鏈接，實現生產工藝過程的查看、操作和監控管理。本文主要從軟件的硬件組態、網絡組態、編程（清水節能、聯鎖控制）優化等方面進行了設計分析。

（1）硬件及網絡組態如圖3和圖4所示。

圖3　硬件組態圖界面

圖4　網絡組態圖界面

（2）編程過程如下：

①同一種設備都采用統一的功能塊，這樣做對同一種類設備的維護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、運行計時等功能，完全滿足生產控制所需。同時，通過SCL編程，實現重要設備的運行計時功能，起到節能降耗、降低成本的作用。為了節約清水的使用量，對清水泵的運行進行計時控制，促使操作員根據需要使用清水，以每班清水泵的總體運行時間累計值作為一項考核指標，可達到降低成本的目的。以清水泵計時功能為例，下面是其SCL源代碼：

FUNCTION_BLOCK FB52

TITLE='計時程序 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//輸入參數

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

start{S7_m_c:='true';S7_param:='true'}:BOOL;//開始計時

END_VAR

VAR_OUTPUT//輸出參數

Sec{S7_m_c:='true'}:int; //秒計時

minutes{S7_m_c:='true'}:int;//分鐘計時

Hour{S7_m_c:='true'}:int;//小時計時

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;

功能塊源代碼結束，使用西門子源代碼編譯器編譯檢查無誤后，自動生成相關的功能塊，以便在程序中調用。清水泵的運行信號引入到計時功能塊的“start”引腳上，泵一旦啟動，功能塊自動進行計時，同時將時長顯示到WINCC畫面上，以便操作員交班記錄，見圖5。

圖5　清水泵運行計時控制人機界面

②連鎖控制優化。為保證工藝過程的動作安全可靠，自控方面往往通過連鎖功能進行控制。如篩選工藝流程中的一道細篩、二道細篩設備均具有自動排渣的功能。為改善原控制系統的邏輯設計僵硬，提高自動排渣效果，本方案根據工藝特點對自動排渣功能做出了優化。圖6為細篩自動排查的功能塊。各種時間參數可以在上位機人機對話窗口自由設定，如圖7所示。經過邏輯優化后的排渣自動控制設定靈活，出現異常系統報警及時、準確，大大提高了工作效率和設備的安全性能。

圖6　細篩自動排渣功能塊組態界面

（3）程序完善后，在WINCC上，根據工藝過程，編輯人機界面，如圖8所示，可實現對生產全過程的實時運行狀況控制、歷史曲線圖、報警畫面和報表的調用查看功能。

（4）程序編譯后，下載到CPU運行，完成控制系統優化。

3　結束語

（1）運用西門子PCS7軟件為平臺開發設計投運后的篩選控制系統，操作便捷，工藝管控能力得到提高。控制系統運行抗干擾能力強，穩定可靠,效果明顯。

（2）節能效果明顯。控制系統投運后，每日可減少清水用量200 t左右，有益于降低生產成本；同時，減少了生產制漿廢水量，為環保工序提供了有利條件。這樣具有一定的經濟效益和社會價值。

圖7　連鎖控制人機界面

圖8　篩選控制系統上位機人機界面

參考文獻：

[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分散型控制系統綜述 [M].2001

[3] 吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，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用[M].北京：機械工業出版社，2001：50-95.

[6] 戴一平.可編程控制器技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2004：163-177.

張賀琴（1972—）本科助理工程師河南銀鴿實業投資股份有限公司生產運營部主任師，主要從事造紙工藝過程自動控制的優化、開發和應用等研究。

地址：河南省漯河市召陵區人民路與中山路交叉口銀鴿大廈811室；郵編：462000；聯系電話：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：