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成功案例

新疆国泰新华化工有限责任公司新建蒸发车间西门子 PLC 控制系统

提交人:郭继泉、杨晨

项目起止时间：2022年9月5日-2022年10月20日

 

最终用户简介和项目需求

 

一，用户简介

新疆国泰新华化工有限责任公司成立于 2013 年 12 月 6 日，属于国有大型现代化煤化工企业，是自治区重点工程建设项目，也是山西省重点援疆项目，国泰新华化工有限责任公司煤基精细化工循环经济工业园一期项目总投资113亿元，占地面积4480亩，主要生产装置为：20万吨/年甲醇装置、20万吨/年BDO装置、6万吨/年PTMEG装置、40万吨/年电石装置、2x350MW自备电厂及相关的公用、辅助配套工程。本项目于2014年4月开工建设，2018年底全面建成投产。公司主要产品为BDO和PTMEG，是以煤为基的高附加值精细化工产品，可实现对准东地区丰富煤炭资源的综合利用和深加工利用，变当地的资源优势为产业优势和经济优势。同时BDO、PTMEG应用领域广泛，对促进当地产业升级和经济社会发展具有重要意义。

二，项目需求

蒸发自控系统是为了满足蒸发器操作控制的需求，通过PLC与工业计算机交互控制，以调整套蒸发器系统的温度、压力以保证整套系统稳定的运行，以实现对整套蒸发器的运行控制，控制系统安全可靠，避免因生产时，需要过多人力，且避免由于人为操作的因素造成物料的损耗以及生产设备的损坏。蒸发系统的自控系统根据蒸发器的工艺不同，程序设定有不同的连锁控制及保护机制，在保证安全稳定的运行的前提下，以实现蒸发系统的全自动运行。

 

 

 

 

 

解决方案及工程服务

 

1.       控制流程概述

项目共计包含四个工段，各工段之间相相互关联，在项目设计之前，预先了解工艺流程是非常必要的，以下是四个工段的流程简介图示

 

1，       蒸发预热工段

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2，       蒸发主流程

3，       单蒸系统

4，       后处理工段

了解完毕控制流程后，确认系统中的仪表，变送器，泵，各类阀的点位的统计和确认，并且确认各设备之间的联锁控制。

二，项目方向确认

根据装置特点，需采用控制系统（PLC）对重要的工艺参数进行监视、控制、记

录和报警，并在中心控制室进行集中操作和管理。联锁功能也可由PLC实现，整个生产操作过程实现自动化。联锁功能是通过机组制造厂提供的控制盘来实现的。PLC上显示的工艺参数近过通讯方式传输到上位机上，plc对机组的控制采用硬线连接方式。控制系统和信息管理系统的总体结构分为控制层和管理层。

三，现场机柜间，设备仪表选型，信号类型的输出要求

现场机柜室设置在非爆炸危险区域,采用抗爆结构。现场机柜室用于安装所有装置的控制系统，如plc机柜、扩展机柜、通讯设备机柜、根据本装置的生产规模、流程特点、操作要求和自动控制水平，确定技木先进、性能卓越、价格合理、售后服务相应及时、技术支持水平优秀的仪表及自控设各供应商。现场仪表选用电子式。交送器和闲门定位器选用智能型，采用两线制4~20mA DC标准信号，并叠加HART协议：非两线制仪表交送器的模拟输出信号，尽可能统一采用4~20mA DC标准信号，电源为外供电形式。

四，项目工程实施

  项目实施方案分为硬件部分和软件部分

硬件部分

硬件部分的采用西门子的1500cpu+ET200SP模块，西门子PLC S7-1500系列是西门子PLC新一代产品，它通过多方面的创新，为用户提供了更高性价比的产品，提高了用户的工程实施效率。西门子PLC S7-1500为用户在自动化控制系统中提供了更高的运行能力，而且简单易用，节省了大量的系统开发时间，西门子PLC S7-1500系列有很强的通讯功能，和扩展能力，为用户提供了多种性能优异的解决方案。其中全新的CPU模块，相应时间快速，集成了显示面板，具有相应的调试诊断功能，大幅度的提升了生产效率，降低了成本。

1500系列CPU

 

 

 

 

 

 

系列性能特点如下

1.西门子PLC S7-1500系列能有效的降低响应时间，提高生产效率。主要体现在：

　　（1）降低程序扫描周期

　　（2）CPU 位指令处理时间最短可达1ns

　　（3）集成运动控制，可控制高达128 轴

　　2. PROFINET通讯功能

　　西门子PLC S7-1500系列具有先进的PROFINET通讯功能，包括：PN IRT 可确保精准的响应时间以及工厂设备的高精度操作，集成具有不同IP 地址的标准以太网口和PROFINET 网口；

　　3. 调试和诊断功能

　　西门子PLC S7-1500系列具有统一纯文本诊断信息，为用户缩短了停机和 诊断时间，主要功能有：

　　（1）即插即用，无需编程

　　（2）可设置操作密码

　　（3）使用寿命长，运行时间长达50,000 小时

　　（4）支持自定义启动显示界面

　　4. 存储机制

　　西门子PLC S7-1500系列具有灵活的存储卡机制，适合各种项目规模，功能包括：

　　（1）较大的存储空间：支持高达 2 GB 的存储卡，可存储项目数据、归档、配方和相关文档

　　（2）优化存储的程序块，可提高处理器的访问速度

　　5. 诊断机制

　　西门子PLC S7-1500系列具有STEP7、HMI、Web server、CPU 显示面板统一数据显示，高效故障分析功能，表现在：

　　（1）集成系统诊断功能，模块系统诊断功能支持即插即用模式

（2）即使CPU 处于停止模式，也不会丢失系统故障和报警消息

本项目1500CPU搭载的西门子ET200SP模块是分布式I/O系统是离散型模块化、高度灵活的DP从站，用于连接中央控制器或现场总线上的过程信号。ET200S支持现场总线类型PROFIBUSDP和PROFINETIO。ET200S的防护等级为IP20。供用户进行灵活的选择。它的主要作用是收集外部信号。解决了诸如需要远距离敷设电缆，通讯中断，控制方式不合理等问题。

　　接口模块IM155-6PNST与IM155-6DPHF支持32个模块；IM155-6HF支持64个模块，信号模块支持热插拔，集成PROFIenergy功能，I/O模块支持电源分组，支持组态控制功能。由于信号模块提高了集成度，使得使用ET200SP配置相同数量的I/O信号比使用ET200S，体积减少50%；改变了模板供电方式，无需PM-E模板；模板功能进行了整合，减少了模块的种类；系统集成了电源模块，从而无需单独的电源模块；采用的100MBit/s背板总线，使背板数据刷新速度得到极大提高；采用快速接线技术，接线无需工具；安装导轨为标准的DIN35导轨。模块化IO系统，防护等级为IP20，特别适用于高密度且复杂的自动化任务；同时支持Profibus和Profinet现场总线；可以扩展8或12个信号模块；

 

 

 

 

 

软件方面

本项目采用的软件为TIA博图，“TIA 博途 是全集成自动化软件TIA portal的简称，英语全称是Totally Integrated Automation Portal,是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件。它是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有自动化任务。借助该全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。TIA博途作为一切未来软件工程组态包的基础，可对西门子全集成自动化中所涉及的所有自动化和驱动产品进行组态、编程和调试.”下图为本工程在博图中的配置

 

 

 

TIA 博途是一个可以解决所有自动化任务的工程软件平台。不同功能的软件包可以在这个平台上同时运行，例如 Step7 ，Wincc 等。博途软件可以组态的产品包括控制器，HMI等。本项目所用到的上位机画面也同样由博图完成！如下图例所示：

 

 

 

 

 

 

为最终客户带来的价值

蒸发系统自动化，提高整体系统运行效率，提高质量或提高质量可预测性。提高流程或产品的稳健性(一致性)。提高输出的一致性。减少直接人力成本和费用。操作中的安装减少了循环时间。可以完成需要高精度的任务。释放工人以承担其他角色。

在本案例中为什么选用西门子的产品

硬件优势:

1、       基座与IO模块之间连接更简洁。

2、       分布式IO更灵活

3、       每个IO模块只用一组电源，IO模块供电更简洁，

软件优势:

1、       博图集成性高，更智能，开发效率更高。

2、       可以使用中文命名变量、块的名字，程序的可读性更好。

3、       可以在同一个函数块中使用LD、SCL、STL，编程语言更灵活，

4、       有可以改变程序循环时间的组织块，在对循环时间有特殊需求的程序中更简洁。

5、       编程和画图在同一个软件，工程备份更方便。

6、       下位机和上位机之间的通讯可以直接连接，通讯更简洁。