KKK风机西门子PLC控制系统的升级改造实践.pdf

郭勇 ． K K K风机西门子 P L C控制系统的升级改造实践 3 3 小风量运行。当操作人员按 下“ 操作 模式” 按钮 后 ， 风机转速快速从 8 0 0 r ／ m i n提高至 1 9 0 0 r ／ ra i n 。 当转速稳定后并且入 口导叶已处于全开位置时， 操 作人员就可根据工艺情况对 1 9 0 0～ 4 1 0 0 r ／ rai n的 转速进行人工设定调节。在风机运行过程中若运 行参数超过极 限值 ， 则产生相应 的报警或保护停 机。在控制程序 中， 风机转速 的调节和控制是控 制风机的难点和关键。 2控制 系统 的技术 改造 方案 由于设备运行中发生 的故障及备件库存 问题 均集 中在 P L C硬件系统上 ， 为尽可能减少升级改 造工作对正常生产 的影响 ， 对原有的控制柜不进 行整体更换 ， 而是保 留原有低压主 回路元 件及接 线端子 等部分 ， 而只对 P L C相关元件进行更换。 将原系统 中所使用的 E T 2 0 0 LS C分布式 I ／ O更 换为 E T 2 0 0 S ， C P U由6 E S 7 3 1 5 2 A F 0 3 0 A B 0更 换为 6 E S 7 3 1 5 2 AH1 4 0 A B 0 。因原控制系统上 位机也存在无配件和无组态修改权 限等问题 ， 在 升级改造过程 中新配置 1台海泰克 MT 8 1 5 0触摸 屏 ， 以替换原上位机。同时与 D C S通信 的 MO D B ． U S通信卡 由原来 的 6 E S 7 3 4 11 A H 0 10 A E 0更 换为 6 E S 7 3 4 1 1 A H 0 2 0 A E 0 。 2 ． 1 方案制定及实施前的技术准备 依据原控制系统的硬件架构 、 控制原理 、 更换 系统硬件后与现场传感器设 备的匹配性 、 新硬件 与原控制程序的兼容性 、 对 原控制程序 的理解和 熟悉 ， 以及外围电源的额定容量及分配等问题 ， 均 必须一一落实并确认 。否则任何一个差错都会直 接影 响改造项 目的进程。 2 ． 2 改造过程 中需解决和注意的技术问题 2 ． 2 ． 1 新增上位操作终端的组态 原控制系统是 由德 国公司开发设计 的， 其上 位组态软件及组态数据未 向用户公开。这就要求 技术人员对其控制原 理及 P L C下位控制程序进 行消化和吸收， 将程序 中的所有读／ 写数据变量进 行确认。同时尽 可能保持原有系统的原貌 ， 特别 是那些和操作 习惯密切相关 的流程图 、 操作组。 2 ． 2 ． 2 P I G控制程序 中需注意的问题 2 ． 2 ． 2 ． 1 新旧 C P U之间数据保持寄存器存在差异 原 C P U因带有后备电池， 当系统停电后可由 电池来保持 R A M中的数据。系统控制程序中的温 度、 压力、 振动等过程参数的报警 、 联锁设定值数据 存放于寄存器 M 中， 因有后备电池 ， 即使在停电时 寄存器 M 中的数据也可保持。而新 C P U不带有后 备 电池 ， 系统断 电时无法保持原寄存器 M 中的数 据内容。为尽量保持原控制程序的整体性， 解决 办法是在控制程序中新建一个 D B数据块 因 D B 数据块 内容在新 C P U系统 内可 自保持 ， 对应 于 上位操作终端 中的温度 、 压力 、 振 动等参数 的报 警 、 联锁设定值 ， 然后将 D B块中的数据用 MO V E 指令赋值给寄存器 M， 就能解决上述 问题。 2 ． 2 ． 2 ． 2新 旧 C P U性能有差异 因为此次控制系统升级主要是对原 P L C程 序内的硬件组态内容进行了修改， 其控制程序继 续沿用 。所以 ， 在前期改造过程中， 注意力主要集 中在程序中各 内部 变量与输入／ 输出变量地址 的 对应是否正确， 而忽略了更换 C P U后， C P U运算 速度提高对程序的影响。按照正常的控制要求风 机启动后转 速会 升至 8 0 0 r ／ rai n左右 ， 此时转速 的上升平稳 、 超调量小 ， 转速经二三个峰值振荡周 期后就会稳定在 8 0 0 r ／ mi n 。该风机转速调节原 理是通过移动勺管的工作位置来改变偶合器流道 中循环液体的充满程度， 实现对被驱动机械的无 级调速， 其中勺管调节装置的控制核心部件是 V O I T H公司的电液转 换器。该 电液 转换 器接收 标准的4～2 0 m A控 制信号 ， 控制信号 的大小 由 P L C程序来进行控制。其控制原理是通过引入实 际转速值做为负反馈量 ， 与当前转速设定值信号 进行 比较 ， 并根据偏差情况控制电液转换器动作 ， 以达到转速的调节和稳定。 在改造 完第 一次试 机时 ， 出现转速 上升 到 8 0 0 r ／ mi n的速度较以往快很多， 转速上升的幅度 较大 ， 且在上升过程结束后转速一直处 于波动状 态无法稳定 ， 即在 6 0 0～1 0 0 0 r ／ m i n来回振荡 ， 同 时还发现在启动过程 中高压同步电动机的启动电 流较改造前增大了不少。随后立 即停机对勺管控 制装置、 控制接线回路及 P L C控制卡件等进行了 检查 ， 均未发现异常情况。于是检查控制程序 ， 在 此次改造中 P L C控制程序未做大的修改 ， 基本沿 用原有的控制程序， 仅仅是更换了 P L C硬件。该 风机控制程序中的其他控制逻辑或过程都是正常 3 4 硫 酸 工 业 2 0 1 2年第 6期 的， 而唯有转速控制部分出现异常现象 。通过对 转速控制程序部分进行仔细查看后 ， 发现原转速 控制程序是编写在 F B 1 5 0功能块 内， 然后直接在 O B 1主程序 内进行调用 。而在 F B I 5 0转速控制 程序 内引用了大量的加／ 减 函数运算指令 ， 这种程 序结构方式将会造成 F B 1 5 0内程序 的运算结果 与 O B 1主程序 的循环 扫描周期 有很 大的关 系。 即循环扫描运算周期 的大小将直接影响到控制结 果。为验证此推断是否正确 ， 对新 C P U运算扫描 周期进行 了测试 ， 其循环扫描周期仅为 3 ms 。而 同样对老的 C P U也进行 了测试 ， 发现其扫描周期 为 5 0 ms 左右。测试结果证明 了新 老 C P U在运 算速度 、 信号采样及转换速率上均存在较大 的性 能差异 ， 从而使得转速调节量的调节过快或超调， 引起风机转速振荡 ， 不能趋于稳定 。解决办法是 在控制程序内启用系统循环定时中断模块 O B 3 5 ， 将其中断定时间周期设为5 0 m s ， 再在 O B 3 5 里面 调用 F B 1 5 0， 这样就可避免上述 问题的产 生。修 改完程序下载后 ， 再一次启动风机 ， 转速控制过程 恢复正常 ， 风机运转平稳 。 2 ． 2 ． 3 完善硬件 系统的故障诊断功能 控制 系统 硬件 架 构采 用 的是 分 布 式 I ／ O， C P U通过 P R O F I B U S D P通信总线 与现场各个分 散的远程 I ／ O站进行数据 交换。其 P R O F I B U S D P通信总线 的连接是采用双绞屏蔽 电缆和快速 连接插头的形式进行安装的， 因受安装现场机械 振动 、 环境温度高 、 塑料件老化等因素的影 响， 造 成某些远程 I ／ O站的 P R O F I B U S ． D P接口处松动。 在 2 0 1 0 _2 0 1 1年 ， K K K风机曾多次发生 随机报 警和停机故障， 且故障发生后系统又恢复正常， 给 查找问题带来了困难 。最后在逐次排查问题过程 中发现 C P U的故障诊断缓冲区内有 D P 子站通信 异常的信息 ， 才知道 问题是 因 P R O F I B U S D P接 口 处瞬间松动， 造成相应远程 I／ O子站的通信数据 中断， 从而引起各种故障现象。 针对上述 问题 ， 在 此次 升级 改造过 程 中进 行了特别处理 1 将原快速连接插头更换为用 镙钉进行安 装和 紧 固的连接插 头 ， 杜绝松 动现 象的产生； 2 利用 s 7系统提供的异步故障中 断组织块进行有针对性的故障诊断提示。具体方 法是 当 C P U检 测 到分 布式 I ／ O P R O F I B U S D P 、 D P主站系统或从站故障时 ， 系统都会调用 O B 8 6 ， 在 O B 8 6内编写故障程序， 就可对故障诊 断事件进行 记 录， 同时将信 息发送 给上位 监控 设备。 O B 8 6内的程序如下 L OB8 6 EVCL AS S T MB 1 0 0 L OB8 6 一F I J T ． I D T MB 1 01 L OB8 6 MDLADDR T MW 1 0 2 在上位操作终端设备上组态相应的监视流程 图和对应的故障报警信息， 通过可视化的诊断信 息 ， 大大提高了系统操作人员与维护人员对设备 的感知及维护能力。 3 结语 该项 目于 2 0 1 1 年 1 2月硫酸装置停产检修期 间实施 ， 通过现场安装与调试 ， K K K风机 P L C控 制系统升级改造工作获得成功。投运后控制系统 稳定可靠 、 使用简便 、 兼容性好 ， 摆脱了无备件及 维护困难 的局面。排除了风机控制系统的安全隐 患 ， 确保 了生产 的长期稳定 ， 给企业带来较好的经 济效益。 目前 ，随着企业技术改造的深入发展， 许多用到西门子公 司 S 7系列 P L C的用户 ， 都可 在时间短、 投资少的条件下借鉴本技术改造项 目 的实施经验。 Upd a t i ng o f S i e me ns PLC c o nt r o l s y s t e m f o r KKK bl o we r GUO Yo ng S u l p h u fi e A c i d B r a n c h P l a n t， S m e l t i n g a n d P r o c e s s i n g P l a n t ， Y u n n a n C o p p e r C o ． ，L t d ． ， K u n m i n g ， Y u n n a n ， 6 5 0 1 0 2 ， C h i n a Abs t r a c tTh e u p d a t i n g o f P LC c o n t r o l s y s t e m f o r i mp o r t e d KKK b l o we r i s s u mma r i z e d a n d a n a l y z e d．I n o r d e r t o 废 热利 用 硫 酸 工 业， 2 0 1 2 6 3 5 ～ 3 8 S u l p h u r i c A c i d I n d u s t r y 大型硫磺制酸装置低温热能回收系统运行控制 龚明， 王艳红 云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司， 云南开远 6 6 1 6 0 0 摘要介绍了红磷分公司 8 0 0 k t ／ a 硫磺制酸装置配套 H R S系统的工艺原理及设备运行情况。分析了低温 热能回收系统出现的故障原因并采取相应处理措施 ， 保证 H R S系统的高效稳定运行。该装置总热利用率达 9 3 ％ ， 可回收低压蒸汽3 7 0 k t ／ a ， 相当于节约标煤 3 8 k t ／ a ， 节能降耗效果显著。 关键词硫磺硫酸生产低温热能回收运行控制故障处理 中图分类号T Q 1 1 1 ． 1 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 21 5 0 7 2 0 1 2 0 6- 0 0 3 50 4 在硫酸生产过程中， 含硫原料 的燃烧 、 二氧化 硫的氧化及三氧化硫 的吸收 3个主要过程均伴有 大量化学热能释放 出来 。云南云天化 国际化工股 份有限公司红磷分公司 以下简称红磷分公 司 原有硫酸装置仅回收了高温热能及部分中温热 能， 硫酸生产热 回收利用率 只有 6 3 ％左右。为提 高硫酸装置热能回收效率、 节能降耗， 结合国家 “ 十一五” 发展规划 ， 红磷分公 司引进了美 国孟莫 克公司专利技术低温热能 回收系统 H R S ， 与新 建 8 0 0 k t ／ a 硫磺制 酸装置 同时设计和建设 ， 新装 置于 2 0 0 9年 9月 9 E t 一次性 投料试 车成功 J 。 红磷分公司率先在云南省实现硫磺制酸装置低温 热能回收技术的应用 ， 大大提高 了硫酸装置热能 回收利用率 ， 充分利用能源， 降低生产成本 ， 提高 了企业的经济效益。 1 HR S系统工 艺流 程及原 理 红磷分公司 8 0 0 k t ／ a硫磺制酸装置低温热能 回收设备主要有 H R S塔 塔槽一体 、 H R S锅炉 、 HR S预热器、 HR S加热器 、 H R S稀释器。低 温热 能 回收利用 的热量来 自3个方 面 1 一次转 化 的部分反应热 ； 2 S O 吸收反应热 ； 3 浓硫酸 稀释热。 H R S 塔采用塔槽一体结构， 分2级吸收。第 一 级吸收烟气中的s O ， 采用进口特殊材质制作； 第二级吸收是除去烟气中残留的 S O 和部分酸 雾 ， 采用国产不锈钢材质制作。 烟气 由底部进入 H R S塔 ， 经瓷环填料与向下 喷淋的循环酸接触 ， 随后进 入二级吸收层 吸收。 烟气经布林克除雾器去除酸雾离开 HR S塔 ， 再进 入转化系统进行二次转化。一 ， 二级吸收酸一道 进入 H R S泵槽 ， 此 时泵槽 内硫 酸W H S 0 达到 9 9 ． 3 ％ ～ 9 9 ． 7 ％ ， 酸温约 2 0 8 o C。HR S泵槽 内的 高温浓硫 酸经 HR S循环酸泵送入 H R S锅 炉， 与 进入 HR S锅炉的除氧脱盐水间接换热 ， 硫酸温度 降至 1 9 0 o C以下。H R S锅炉 出来 的浓硫 酸分成 2部 分 ， 其中一部分流量约为 1 9 0 m ／ h的硫酸经 收稿 日期 2 0 1 21 0 2 6 。 著者简介龚明， 男， 云南云天化国际化工股份有限 公司红磷分公司助理工程师 ， 长期从事硫酸的技术 管理工作。电话 1 5 0 9 4 1 4 7 5 4 8 ； E - ma i l g o n g mi n g一 8 8 1 6 3 ． c o n。 mi n i mi z e t h e i mp a c t o f t h e u p d a t i n g w o r k o n n o r ma l p r o d u c t i o n，e x i s t i n g l o w v o l t a g e ma i n c i r c u i t c o mp o n e n t s a n d t e rm i n a l s o f t he c o n t r o l pa ne l we r e r e s e r v e d． On l y PL C- r e l a t e d c o mp o n e n t s we r e r e p l a c e d，c o n f i g u r a t i o n s o f u p p e r o p e r a t i n g t e r mi n a l w e r e a d d e d a n d t h e f a i l u r e d i a g n o s i s o f h a r d w a r e s y s t e m wa s i mp r o v e d ．A f t e r u p d a t i n g ， t h e P LC c o n t r o l s y s t e m wa s mo r e s t a b l e a n d r e l i a bl e，e a s i e r t o o p e r a t e，mo r e c o mp a t i bl e，a n d g o t r i d o f t h e d i f fi． c u l t i e s a b o u t s p a r e s o u r c i n g a n d ma i n t e n a n c e ． Ke y wo r d s s u l p h u r i c a c i d p r o d u c t i o n；b l o we r ；P L C； u p d a t i n g