西門子PLC在聚酯PTA輸送中的應用

張森林

摘要：某聚酯PTA輸送裝置原控制系統采用西門子S5系列 PLC，由于系統投用時間較長，逐漸進入設備的故障高發期，給裝置的平穩運行留下了安全隱患。成功以西門子S7-400H替代S5對聚酯PTA輸送系統進行改造，大幅降低了聚酯裝置斷料停產的風險隱患，同時也為其他S5系統的升級改造積累了寶貴的經驗。

關鍵詞：PLC；自動控制系統；聚酯PTA輸送；組態

中圖分類號：TH715.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0018-02

某石化企業聚酯PTA輸送裝置原控制系統采用西門子S5系列 PLC，是西門子公司上世紀九十年代產品，由德國ZIMMER公司設計集成。由于系統投用時間較長，逐漸進入設備的故障高發期，給裝置的平穩運行留下了安全隱患，決定對整套S5控制系統進行升級改造，由西門子S7-400H冗余控制系統所替代。

1 PTA輸送工藝流程

聚酯裝置引進德國吉瑪公司技術，原料為PTA、EG，連續生產PET熔體。PTA是由上游PTA工廠經氮氣輸送系統送入兩個PTA儲存料倉，再由PTA儲存料倉分別送到兩條縮聚生產線的PTA日料倉。

PTA輸送系統由氮氣密相輸送，非連續的供給PTA料倉，氮氣再經過過濾器返回到循環系統。輸送PTA用的氮氣可以循環使用，壓力降低或氧含量超標時，氮氣緩沖罐會自動給系統充氣或置換氮氣，以保證系統壓力和氧含量指標正常。如果氮氣管線上氧含量指示儀超過4%，系統報警并用新鮮氮氣進行置換；如果氮氣管線上氧含量指示儀超過6%，聯鎖停止PTA輸送系統。

2 原控制系統存在的問題

（1）PTA輸送裝置控制系統采用S5-135U PLC，是西門子上世紀90年代產品，大多數S5模塊目前已經不再生產，S5系列正逐步退出市場，備件價格昂貴、部分備件已停產。

（2）系統連續運行多年，元器件老化，電源模塊、IO卡多次出現故障，嚴重影響系統的正常運行。

（3）原系統經過多年運行和幾次局部更新后，沒有完善、準確的圖紙資料，PLC邏輯程序也需要完善和優化。

（4）操作計算機老化，經常死機，HMI軟件采用WINCC4.0，與現有操作系統、上位軟件無法兼容，需要更新硬件、操作系統和HMI軟件。

（5）PLC機柜接線散亂，許多接線標識已經無法識別，給日常維護和故障處理造成了很大困難。

（6）機柜內其他電子元件如安全柵、繼電器、溫變等已到使用年限，故障率較高，嚴重影響系統的安全性和可靠性。

3 系統改造方案及軟硬件配置

3.1 系統改造方案

由于聚酯PTA輸送為化工生產的關鍵裝置，一旦停運將會造成聚酯裝置斷料停產，首先要考慮改造后系統的安全性、可靠性，同時要盡可能節約投資，根據以上原則，本次改造利用原控制系統機柜，保護性拆除原機柜內S5系統硬件（作為其他S5系統備件），在原機柜內安裝、集成一套西門子S7-400H冗余控制系統，新上兩臺操作站，其中1臺兼工程師站。

3.2 系統配置

3.2.1 控制器

本次改造選用西門子S7-400H冗余控制系統，電源、控制器、通訊卡為冗余配置，S7-400H系統是西門子提供的最新冗余控制系統，具有高可靠性、安全性等特點，通過將發生中斷的單元自動切換到備用單元的方法實現系統的不中斷工作。

3.2.2 I/O擴展

考慮系統的經濟性，采用ET200M分布式I/O系統。ET200M使用S7-300可編程控制器的信號模塊，功能模塊和通訊模塊進行擴展，適宜與冗余系統一起使用，性能穩定、擴展性強。

3.2.3 繼電器、安全柵

由于原來型號已停產，本次利用原有機柜，考慮到機柜內安裝空間，選用菲尼克斯超薄繼電器，安全柵選用MTL5541系列。

3.2.4 HMI軟件

原系統HMI軟件為WINCC4.0，本次改造更新操作站后選用WINCC7.0，便于對原項目上位機程序進行移植和修改，操作界面與原系統一致，操作人員不需經過培訓即可熟練使用。

4 項目實施

在項目實施中，做了以下工作：

4.1 升級前的準備工作

系統停機前下載原S5PLC、HMI程序進行解讀分析，弄清原系統每一個IO、每一條邏輯程序、每一個變量的使用情況，參考原系統接線圖和機柜內實際接線繪制新系統（S7-400H）的機柜接線圖。為了保證新S7系統和原有的S5系統的地址必須一一對應，對照程序和圖紙，逐個對每個地址進行檢查和確認。

4.2 現場集成

設備停運后，保護性拆除機柜內原有S5硬件，根據新的機柜設計圖紙安裝集成S7-400H PLC硬件及附件，將現場儀表信號接入PLC機柜。

4.3 硬件組態

按照原系統的地址表組態S7硬件，即S7中通道地址與S5相同，這樣方便新系統進行程序轉換。

4.4 軟件編程

將S5程序用CONVERTEING 軟件進行轉換，一般的程序即可升級為S7程序，其中一些特殊的S5程序需自行編寫，如模擬量讀取，PID，CP524通訊等。在程序轉換過程中需要了解S5與S7在功能塊、數據類型、數據格式、尋址等方面的差別，并據此對轉換后的S7程序進行部分修改。修改特殊S5程序，如S5PID程序為OB251，在OB13中調用，我們使用S7的FB41代替并在OB35中調用。值得注意的是S5PID數據塊的手動默認是FLASE，而FB41的數據塊默認為TURE。修改CP524的通訊程序。更新為CP341的FB80。

S5轉為S7后功能塊描述如圖1所示。

4.5 重新組態畫面

參考原S5HMI監控界面，根據新編S7-400H程序，重新組態HMI（WINCC7.0），并使新系統HMI操作界面與原系統保持一致，操作人員能夠立刻熟練使用。

4.6 現場調試

PTA輸送PLC的主要程序為順序控制，聯鎖邏輯較多，原S5程序經過轉換后，許多程序無法正常運行，需要根據工藝的控制要求，重新修改和優化程序，逐臺設備進行單體測試，確保每臺設備的聯鎖邏輯安全可靠，設備運行狀態正確，在此基礎上對PTA輸送的順序控制進行聯動調試，經過反復調試后，整套設備能夠按照工藝要求的步序正確運行，動作正確。

PTA輸送系統的PID控制在HONEYWELL DCS上實現，PLC為從站，DCS為主站，PLC的數據經過CP 341以MODBUS協議與DCS通訊。考慮到DCS程序的安全性，DCS不能做任何修改，這是本次改造的一個難點。由于沒有確切的資料無法得知DCS通訊地址，經過反復測試，確定了PLC與DCS的通訊地址對應關系，經過在PLC上測試，最終核準了DCS的通訊數據地址，PLC的數據成功接入HONEYWELL DCS，DCS能夠正確采集PLC數據進行PID控制。

5 結語

經過升級改造后，PTA輸送系統運行平穩，不僅完全實現了原系統的各項功能，還對部分程序進行了優化，新系統的可靠性和容錯功能大大增強，大幅降低了聚酯裝置斷料停產的風險隱患，減少了裝置停車造成的巨大損失，同時也為其他S5系統的升級改造積累了寶貴的經驗。

參考文獻

[1]廖常初.PLC編程及應用[M].機械工業出版社，2005.

[2]趙景波.西門子S7 300/400 PLC快速入門手冊[M].化學工業出版社，2012.