西門子PLC S7—400在聚丙烯裝置風送系統中的應用

于鳳愛　杜偉

[摘要]西門子可編程邏輯控制器PLC-S7以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術，廣泛應用于工業自動化裝置。該系統采用了面向控制過程、面向問題的自然語言，功能塊語言和梯形圖，它具有編程簡單、功能強、抗干擾能力強、可靠性高、維護方便。節點響應快，內部是微秒級，外部是毫秒級等優點。特別是在煤化工企業部分裝置的自動化控制中具有不可替代的作用。神華包頭煤化工分公司聚丙烯裝置風送系統采用西門子PLC S7-400實現自動控制，在運行過程中比較可靠性、維護方便，針對運行中出現的問題和不足之處，并提出了改進方法。

[關鍵詞]工藝流程說明；系統供電；控制系統硬件及軟件配置；網絡布置；控制系統接地；

[中圖分類號]：TL503.6 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0148-02

神華包頭煤化工分公司聚丙烯裝置風送系統是由上海博隆粉體工程有限公司設計的，設計能力年30萬噸。控制系統使用的是德國西門子PLCS7-400，該系統硬件有電源柜、控制柜、繼電器柜、安全柵柜組成。采用梯形圖和功能塊語言編程。2010年明投產運行至今。該控制系統一直以來運行比較穩定可靠，維護方便，自動化程度高，工藝操作簡單，保證了聚丙烯裝置風送單元正常生產。

一、風送系統工藝說明

大型煤化工企業聚丙烯裝置中風送系統是非常重要的單元，是整個裝置的后路系統。與上游系統——擠壓造粒系統緊密相連。其系統功能是將上游擠壓造粒機產出的聚丙烯粒料進行摻混合格并送往包裝系統。主要設備有12臺立式常壓料倉、12臺大型壓縮風機及輸送管道組成。

二、系統供電

PLC控制柜的供電，從UPS引兩路220VAC/50Hz電源（不小于8KVA），從GPS引一路220VAC/50HZ電源（不小于1KVA），UPS電源用于PLC控制系統，GPS電源用于柜內照明與冷卻風扇，現場儀表的電源有PLC柜內UPS電源經由供電開關或轉換設備提供。風送系統供電情況如下圖1所示：

三、儀表控制系統說明

聚丙烯裝置風送系統采用西門子PLC控制系統，該單元的連鎖、數據采集、過程控制及報警等均由PLC完成。西門子PLC系統的CPU采用SEIMENS S7-400的CPU417-H，實現了CPU冗余，通訊接口冗余，電源冗余，I/O不冗余；PLC系統上位機配置一臺操作員站和一臺工程師站（兼做操作員站）上位機與PLC的連接采用環網結構，上位機配置兩塊的西門子CP1613網卡，實現上位與下位通訊冗余。西門子PLC控制系統同與聚丙烯裝置采用的霍尼韋爾DCS控制系統有串行冗余通訊接口，通訊協議采用MODBUS RTU（RS 485）接口。

所有自MCC來的DI及引至MCC的DO信號均加裝隔離繼電器，且安裝在PLC柜內，每個電磁閥的DO信號均有保險，保險有30%的裕量。繼電器為歐姆龍繼電器。

控制系統網絡布置如圖2所示。

四、接地

接地分兩類：工作接地和保護接地，采用等電位接地，接地電阻不大于1Ω。

控制系統的保護接地按電氣專業有關標準規范和方法進行，并接入電氣專業的低壓配電系統接地網，控制系統的保護接地實施等電位接地。

儀表信號回路實施工作接地，工作接地在匯總板之前不與保護接地混接，信號屏蔽電纜的屏蔽層接地。

五、硬件配置

風送系統采用的西門子控制系統的硬件配置如表1所示。

六、儀表信號回路

風送系統儀表信號回路如圖3所示。

七、軟件組態

控制系統的軟件組態工具分為WINCC和STEP7兩部分。

1 工程師站采用的是WINCC 6.2完全版，操作站使用的是WINCC6.2運行版。

2 風送單元的控制系統組態軟件使用的是STEP7 V5.4 使用功能塊圖FBD編程。

STEP7 V5.4組態軟件工具有：

a SIMATIC管理器，SIMATIC管理器可以管理一個項目的所有數據，編輯所選數據所需要的工具有SIMATIC管理器自動啟動。

b 符號編輯器

使用Symbol Editor，可以管理所有的共享符號（全局符號）。包括

（1）為過程信號（輸入/輸出）為存儲和塊設計和注釋

（2）分類功能

（3）從/向其他的Windows程序導入/導出

c 硬件診斷

d 編程語言FBD是STEP7編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數相類似的邏輯框來表達邏輯，復合功能（如，數學功能）可用邏輯框相連直接表達。

e 硬件組態

硬件組態工具用于對自動過程中使用的硬件進行配置和參數設置

（1）系統組態：從目錄中選擇硬件機架，并將所選模塊分配給機架中希望的插槽。

（2）CPU參數設置：可以設置CPU模塊的多種屬性。

（3）模塊的參數設置：可以在屏幕上定義所有硬件模塊的可調整參數。

f 網絡組態

網絡組態包括：連接的組態與顯示

八、使用中存在的問題和改善的方法

西門子PLC S7-400在聚丙烯裝置風送系統使用過程中，多次出現風機跳車。事故分析時，根據現有報警記錄不足以進行詳盡分析，查找出造成風機跳車事故的直接原因。主要體現在風機運行狀態和風機啟停信號等DI/DO信號狀態，翻轉時難以捕捉和采集。主要原因是該風送系統的報警事件是利用WINCc報警事件進行捕捉和采集，而不是CPU通過進行撲捉和記錄，然后進行整體打包給WINCC。WINCc掃描周期長于CPU的掃描周期，當DI/DO信號狀態翻轉時，WINCc有時很難采集到DI/DO狀態的翻轉。有時風機突然跳車，卻沒有報警記錄，給分析事故原因造成很大困難。

改進的方法：

1）修改現有風送單元程序，增加首出報警功能。

2）更換相關DI卡件，修改部分硬件和軟件組態，使用西門子PLC控制系統DI卡件的SOE功能。