西門子S7-1500 PLC 在輸煤裝置的應用

李 波

（中海石油天野化工有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010070）

1 項目概述

1.1 背景介紹

天野化工輸煤裝置當前控制系統采用的是三菱公司的A1S系列PLC，1995 年投用，2000 年增加了上位機顯示功能。目前存在以下問題：

（1）PLC 硬件備件停產，公司無庫存備件；上位機操作系統為Windows 2000 系統，微軟公司已停止服務。

（2）上位機只能顯示，無操作功能；系統無報表、趨勢記錄功能，煤量、煤倉料位采用二次表顯示，無報警、邏輯控制功能。

1.2 控制系統方案確定

采用思維導圖工具，從硬件、軟件、系統功能和工藝操作4個方面進行分析，提出不同的解決措施，通過匯總整理提出以下5 種控制系統改造方案：

（1）采用CENTUM VP DCS 系統，保留原按鈕/旋鈕操作臺，Windows 7 系統操作站。

（2）三菱PLC 系統，保留原按鈕/旋鈕操作臺，Windows 10系統操作站。

（3）西門子S7-300 PLC 系統，保留原按鈕/旋鈕操作臺，Windows 7 系統操作站。

（4）西門子S7-1500 PLC 系統，保留原按鈕/旋鈕操作臺，Windows 10 系統操作站。

（5）施耐德Modicon Quantum PLC 系統，保留原按鈕/旋鈕操作臺，Windows 10 系統操作站。

通過方案實施的技術先進性、經濟性、操作習慣的延續性、人員培訓成本、系統的可擴展性5 個方面進行評分，可知采用西門子S7-300 和S7-1500 PLC 進行系統改造為最優備選方案。通過西門子S7-300 和S7-1500 的性能對比，決定采用采用西門子S7-1500 PLC 控制系統進行改造。

2 控制系統構成

項目選用了西門子S7-1500 系列的CPU1513-1 作為控制器，組態軟件采用的是TIA Portal V14 SP1。項目關鍵配置清單見表1。

TIA Portal V14 軟件由STEP 7 V14 SP1 Professional 和WinCC V14 SP1 Professional 組成，項目使用STEP7 Professional對S7-1500 進行硬件、網絡配置和編程組態，使用WinCC Professional 軟件實現上位機操作和監控。

3 控制系統功能

控制系統采用PLC、工業顯示器，結合電氣元件、現場傳感器進行系統的總體控制和監視。控制系統采用西門子公司最新出品的西門子S7-1500 系列PLC和DELL T5820 工作站構成，性能穩定可靠，技術先進?？刂葡到y進行了專門的軟硬件改造和開發，控制系統總的來說具有3 大功能：

表1 項目關鍵配置清單

（1）控制功能：PLC 根據現場工況自動控制現場設備啟停，如皮帶、給煤機、碎煤機等使其達到開車需要的條件；實時監視設備運行狀況；同時也可以通過控制室計算機界面手動啟停相關設備、修改運行參數。

（2）管理功能：監控軟件有控制系統的工藝實時動態圖，提供清晰、友善的人機界面。生動形象地反映設備運行過程中的實時數據、實時報警、歷史報警、歷史數據的存儲、顯示和查詢。操作人員通過計算機監控系統對整個控制系統設備實現運行過程狀態監視、數據采集、對生產情況進行了解并指導，實現生產管理自動化。

（3）通信功能：PLC 系統現場控制站，可以連接符合MODBUS 協議的通信卡件，組成分布式控制系統。

4 控制系統的主要顯示及控制功能窗口

4.1 控制功能窗口

控制系統的主要顯示及控制功能窗口包括“主畫面窗口”，“計算機手動操作窗口”功能，“歷史曲線窗口”功能和“用戶登錄窗口”功能。

4.1.1 “主畫面窗口”功能

（1）主畫面顯示輸煤機系統設備運行時工藝流程圖，并對各種運行參數和實時工況進行數據顯示。操作人員對輸煤機系統各設備的運行情況能一目了然，能根據實際情況和要求進行相關調度和操作。

（2）畫面設備狀態定義：①設備狀態：綠色表示選中且停止，灰色表示未選中且停止，紅色表示運行中；②儀表：儀表數值，顯示煤倉料位；③時鐘：顯示當前時間；④PLC COM：顯示顯示器與PLC 之間的通信狀態。每秒鐘累加一個數據，到10 000 時自動回零，如此循環。

4.1.2 “設備操作窗口”功能說明

頁面按照設備的分類，排列了各個相關設備的單臺啟動操作窗口。當屏幕左上方設備操作選擇為“計算機”且綠色時，方可操作設備。點擊“啟動”“停止”按鈕即可啟停設備。

當上方選擇框為灰色時，表示此條件不滿足。當上方選擇框為綠色時，表示此條件滿足。當設備方框中顏色為紅色時，表示此設備運行中。

4.1.3 “歷史曲線”功能

歷史曲線為生產控制、統計、工藝參數的整定、事故、報警追憶提供了可靠的參考數據。

4.2 用戶權限管理

控制系統為多用戶系統，為了系統的安全，必須制定不同安全級別的用戶名稱和密碼，用戶名稱和密碼級別決定了允許的操作權限。如果操作員進行越限操作，軟件將不執行操作。顯示器系統涉及到設備啟停操作的地方，已經做了特殊處理，需在彈出窗口進行二次確認操作，防止了誤操作。

5 控制系統的輸煤工作模式

5.1 配電室電氣柜手動輸煤操作

（1）控制室操作臺，主令開關設置成手動。

（2）在配電室電氣柜上按啟/停按鈕操作設備。

5.2 現場操作柱手動輸煤操作

（1）控制室操作臺，主令開關設置成手動。

（2）在操作柱上按啟/停按鈕操作設備。

5.3 控制室計算機手動輸煤操作

（1）控制室操作臺，主令開關設置成手動。

（2）在控制室計算機顯示屏上，找到“設備操作選擇開關”，應顯示“操作臺”灰色文字，用鼠標雙擊此按鈕。

（3）顯示屏彈出密碼輸入窗口，鍵盤輸入“111”，然后鼠標點擊確定。

（4）再次用鼠標雙擊“設備操作選擇開關”，則開關切換到“計算機”綠色文字狀態。

（5）將畫面切換到“設備操作”畫面，此畫面排列有輸煤相關的各個設備。

（6）按相應設備的啟動或停止按鈕，即可操作此設備。

5.4 控制室操作臺自動啟動輸煤操作

（1）控制室操作臺，主令開關設置成自動。

（2）操作臺選擇開關向上，選擇A 系統允許（或B 系統允許），此時計算機畫面上，A 系統（或B 系統）相應的設備選中變為綠色。

（3）操作臺選擇開關向上，根據情況，選擇轉運站允許（或禁止）。此時計算機畫面上，地斗給煤機（或1#皮帶）相應的設備選中變為綠色。按墻上的電鈴，提示現場準備啟動設備。

（4）操作臺選擇開關向上，按下選擇A 系統啟動按鈕（或B系統啟動按鈕），此時PLC 控制器自動按順序間隔啟動4#皮帶、碎煤機A、2#皮帶、1#皮帶（或5#皮帶、碎煤機B、3#皮帶、1#皮帶）。

（5）1#皮帶啟動后大約10 s，待計算機屏幕上方文字“可以啟動給煤機M-01”變為綠色后，可根據實際情況手動啟動給煤機M-01A、M-01B 或M-01C。

（6）M-01 三臺給煤機此時可任意切換，但要結合現場情況防止堆料。程序中，每個時刻只允許一臺給煤機運行，下一臺給煤機啟動的同時，前一臺給煤機會自動停止。

以上為輸煤自動啟動過程。全部啟動需要30 s。

5.5 控制室操作臺自動停止輸煤操作

（1）控制室操作臺，主令開關設置成自動；輸煤完畢，各個設備仍處于運行中，此時按操作臺上的紅色停止按鈕，則PLC 控制器將依照程序，按給煤順序自動停止相關設備。

（2）自動停止時，PLC 柜內的蜂鳴器發出7 聲鳴響提示。

（3）A 系統停止順序為：M-01，2#皮帶，碎煤機A，4#皮帶，間隔（2～3）min，全部停止共需要8 min。

（4）B 系統停止順序為：M-01，3#皮帶，碎煤機B，5#皮帶，間隔（2～3）min，全部停止共需要8 min。

（5）輸煤停機完畢后，為安全起見，可將主令開關設置為中間位置，則手動、自動都將無法操作。

6 結束語

自2019 年10 月系統改造完成以來，該套控制系統運行穩定、可靠性強，能保證化工生產的連續運行，達到了技術改造的目的和要求。