PCS7在干法乙炔發生工序的應用

滿科忠　甘文海　朱安超

摘 要：介紹西門子PCS7系統在干法乙炔發生工序中的應用，并對其工藝原理、系統構成、網絡結構、系統程序和上位監控進行了闡述。

關鍵詞：干法乙炔 PCS7 工藝原理 網絡結構

0、引言

金泥干法乙炔有限責任公司采用先進的干法乙炔生產工藝技術，選用西門子先進的PCS7系統，即PCS7過程控制系統構建其整個干法乙炔的控制系統。

PCS7是西門子公司一種模塊化的基于現場總線的新一代過程控制系統，結合了傳統DCS和PLC 控制系統的優點，將兩者的功能有機地結合在一起。系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺，所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。由于PCS7消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實現了儀控和電控的一體化，充分體現了全集成自動化的特點，PCS7過程控制系統具有可靠性高、穩定性好等優勢，其集成現場控制、信號采集和數據管理等功能為一體。應用發生控制系統較好地實現了發生工序的正常運行。

干法乙炔生產作為一種先進的乙炔生產工藝，為滿足工藝控制，要求以全廠集中操作與各工段分散控制相結合的系統運行模式實現整體生產過程的狀態監視、生產操作、過程控制、事件報警、趨勢記錄、運行聯鎖、安全保護。

1、工藝原理及控制難點

1.1、工藝原理

經破碎、篩分處理的合格電石（粒徑≤3mm），從電石稱重倉進入電石加料倉，通過雙螺旋給料機，將合格電石均勻地送入干式乙炔發生器，雙螺旋給料機送來的電石從發生器側面分別進入發生器的一、二層。在發生器攪拌和相應的水噴射作用下，乙炔氣體逸出，從發生器下部乙炔氣出口排出，進入除塵冷卻塔，進行除塵和冷卻處理。電石進入發生器一、二層后經攪拌從發生器中心孔下落至第三層，再經過攪拌從發生器三層層板的外周下落至發生器第四層層板，在第四層攪拌的作用下，四層層板上的電石從第四層層板中心孔落下至第五層，如此循環運動，最后電石渣從第十層中心孔排出，通過渣排出機排渣，電石渣被送入電石渣輸送機上運輸至水泥廠。

1.2、控制難點

2、系統結構

2.1、硬件構成

干法乙炔發生工序DCS系統由中央控制室、工程師站、PROFIBUS現場總線技術的分散I/O等子系統組成。控制系統的CPU為2個互為冗余的控制器CPU-410，PROFIBUS總線連接設備選用ET200M組件，信號模塊選用三十二點數字量輸入輸出模塊、八通道模擬量輸入輸出模塊以及四通道RTD輸入模塊，I/O模塊均支持熱插拔。工廠總線上以太網通訊設備選用SCALANCE X204-2（現場控制站使用）與SCALANCE X212-2（中央控制室使用）工業以太網交換機。中控室操作計算機選用DELL工控機，共設二臺服務器、一臺工程師站和十一臺操作員站。

2.2、軟件構成

本工程采用了西門子PCS7 V8.1軟件。編程組態主要使用了PCS7組成軟件中兩大軟件，即STEP7 與WINCC。編程語言采用CFC功能塊圖的形式。

2.3、網絡架構

工業以太網采用光纖環網架構，各自獨立，將生產線的各個現場站與中央控制室的服務器、工程師站連接在一起。環網的構架提高了系統的可靠性。兩個光纖環網在中央控制室連接在一起，使整個系統共用一臺工程師站。十一臺操作員站中從服務器讀取數據。服務器采用冗余結構，操作員站可在兩個服務器之間無擾切換，為生產的穩定性和可靠性提供保證。

3、控制系統功能

3.1、控制系統功能

發生工序的控制系統具備較高的自動化水平，并保證其運行安全、可靠。控制系統具有以下先進的控制及管理。

（1）設備分組：設備依據工藝段進行合理分組，各組設備依據聯鎖順序起停，既能單起單停，也能解鎖起停，當然這還受到啟動條件，保護條件的制約。

（2）控制回路：PID控制回路在干法乙炔發生工序必不可少，本項目控制回路主要包發生器的水流量調節，發生水箱的液位調節等，控制回路的投運使設備運行更加平穩，降低了能耗，延長了設備的使用 壽命，也使工藝生產更為穩定。

（3）自動控制：結合我工藝特點及設備的控制要求，對加料系統，列管冷卻器的反沖洗水等過程進行自動控制，使操作員將更多精力放在主要工藝設備的操作上。這些自動控制有效地降低了操作員勞動強度，提高了工作效率。

（4）緊急事故處理：對于發生可能對生產過程造成重大影響甚至會危害人身安全的事故，如發生器的乙炔泄漏導致的發生器壓力低;發生器層板氣相溫度高;出渣機故障等， 控制系統都會在第一時間做出響應，幫助操作員采取措施，將損失降到最低。

（5）歷史曲線：PCS7的數據歸檔功能，能使操作員查看任何時間點的數據。該項目同時歸檔近2000個生產數據，并保存1個月。利用趨勢窗口能很方便地查看數據變化趨勢并對其進行分析比較。系統還具有自由組態趨勢的功能，操作員可以將相關數據組態在一張趨勢圖中進行對比，方便查找事故原因及優化操作。