西门子S7-400PLC控制系统在丁二烯压缩机上的应用.pdf

2 0 1 4 年 第 1 期 炼 油 与 化 工 REF I NI NG AND CHEMI C AL I NDUS T RY 4 5 西门子 7 - 4 0 0 P L C控制系统在丁二烯压缩机上的应用 于 海 城 大庆石化公司化工一厂， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 大庆石化公司丁二烯抽提二套装置螺杆压缩机原来应用P L C 控制系统。由于控制和操作部 分结构设置不合理， 系统故障率较高。2 0 1 2 年该系统升级改造成s 7 4 0 0 系列P L C控制后， 新型 P L C 在螺杆压缩机控制系统已经连续稳定运行了1 8 个月， 实现了机组控制的优化与稳定。 关键词 P L C ； 控制系统； 螺杆压缩机； 丁二烯 中图分类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 4 0 1 0 0 4 5 0 2 西门子 S 7 4 0 0 系列 P L C控制器功能最强大 ， 可以将 D C S 与P L C的功能完美的结合在一起 ， 提 供顺序控制、 过程控制及运动控制统一的控制平 台 ， 具有高速灵 活的通讯 和功能强大 的输入输 出 。系统配置操作员站 ， 生成安全控制的人机友好 界面 ， 包括流程图显示画面 、 报警画面等 。能够满 足工厂节 能 的需 求和保 持螺杆压缩 机运 行 的平 稳 ， 具有较好的经济优势和技术优势。 1系统存在的问题 大庆石化公 司丁二烯抽 提装置 B C 1 1 0 1 螺杆 压缩机控制系统是控制丁二烯气体压缩机 B C1 1 0 1 启动 、 运行及联锁保护等功能的控制系 。改造 前 ， P L C系统采 用 A B B公 司的 S L C 5 0 0 产 品 ， 1 9 9 8 年投入使用， 已连续运行 1 4 a ， 设备老化， 各部件的 图6 抵 抗负载扰动波形 定在6 V ， 实现了输出电压稳态无静差的要求。 4结束语 1 建立交错并联 B u c k 变换器基于状态空 间 平均法 的数学模 型 ， 为分析建立交错并联 B u c k 变 换器的仿真研究奠定坚实的理论基础。 2 建 立交错 并联 B u c k 变换 器 P S P I C E仿真 模型 ， 显示 出输 出电压和输人电压之间的关系 ， 分 析交错并联滤波电感 电流 。 3 对交错并联 B u c k 变换器在输入电压和负 载发生扰 动时 ， 变换器在闭环控制系统的情况下 ， 交错并联B u c k 变换器具有抵抗输入电压和负载扰 动的能力 ， 并且实现输出电压稳态无静差的要求 。 参考文献 [ 1 ]赵慧 ， 沈锦飞， 杨磊． 新型 B u c k B o o s t 变换器在感应加热 电源中 的应用[ J ] ． 电力电子技术， 2 0 1 2 3 l 2 1 4 ． [ 2 ]赖联有， 曾桂英． B o o s t 变换A P F C 电路设计与仿真[ J ] ． 电源技术， 2 0 l l 1 1 1 4 3 3 1 4 3 4 ． [ 3 ]皇金峰． 多电平 B u c k型开关 变换 器的建模 研究 [ J ] ． 电力电子技 术 ， 2 0 1 1 9 7 9 8 1 ． [ 4 ]张斐 ， 徐建平 ， 杨平 ， 等． 两开关伪连续导 电模式 B u c k B o o s t 功 率因数校正变换器 [ J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 1 2 ， 3 2 9 5 5 6 4 ． [ 5 ]陆治国 ， 林 贤真 ， 胡红琼 ， 等． 零纹波输入 电流 B u c k B o o s t 变换 器[ J ] ． 低压电器， 2 0 0 8 9 3 9 4 2 ． [ 6 ]钟永裕， 林维明， 郭晓君， 等． 一种提高B u c k 变换器负载动态性 能的控制方法[ J ] ． 电力电子技术， 2 0 1 1 1 2 1 2 3 1 2 5 ． [ 7 ]顾亦磊， 吕征宇， 陈世杰． 宽输入电压范围B u c k 型变流器小信号 环路[ J ] ． 电工技术学报， 2 0 1 0 1 2 9 8 1 0 2 ． [ 8 ]桑绘绘， 杨奕 ， 沈彩琳． 基于 P I D控制的B u c k 变换器仿真系统设 计[ J ] ． 南通大学学报， 2 0 1 1 1 0 2 4 2 8 ． [ 9 ]徐静平 ， 陈亮亮 ， 程洙娜 ． 等． B u c k ／ B o o s t 转换器小信号建模 与 稳定性分析 [ J ] ．华中科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 9 6 9 7 1 0 0 ． [ 1 O ]陈亚爱， 张卫平， 刘坤， 等． 电压型B u c k 电路控制器的复频域 设计及仿真研究[ J ] ．计算机工程与 设计， 2 0 0 8 ， 2 1 2 9 5 6 1 1 5 6 1 6 ． 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 7 2 2 作者简 介 刘庆鹏 ， 男 ， T程 师， 2 0 0 4 年毕业于辽宁石油化 工大学电气 自动化专业 ， 现从事石化企业电气管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 T 4 6 R E F I NI NG A ND C H E MI C A L I ND U S T R Y 第 2 5 卷 电气性能不稳定 ， 系统关键部件经常 出现故 障， 易 出现 联锁家 信号停 机 。且 原 P L C系统备 件 已停 产 ， 没有配备上位机， 组态项 目程序直接存储在 R O M里 ， 无法导 出源代码程序 ， 如果装置停 电 、 电 池失效 ， 程序将会全部丢失b 。主要问题表现在 5 个方面。 1 现场 防爆环境平时无法检查 ， 无振 动 、 位 移联锁 。 2 老 P L C系统无 S O E功能 ， 压缩机停 车后 ， 无法查找导致停机的事故事件 ， 原因分析困难 。 3 控制站I ／ O 卡、 系统硬件故障率较高， 压缩 机T作状态不稳定， 停机频发。 4 C P U卡件处理数据错误 ， 经常出现“ 假信 号” 停机 。 5 控制站负荷为9 6 ％， 操作和报警相互干扰 。 2技术改进方案 经反复论证 ， 西门子 S 7 4 0 0 系列 P L C控制系 统 ， 能很好解决螺杆压缩机控制系统运行 当前存 在的诸多问题 。 控制方案为引入新 P L C系统 ， 对一 、 二段压缩 机的出入 口的压力、 油箱温度、 液位 、 流量等参数 进行实时监视和控制。当某个参数达到报警设定 值时 ， P L C系统 自动弹出报警信息提示处理 ； 若诊 断 出电机 、 油泵及油箱加热器等相应 回路元素故 障 ， 且不会导致事故发生 ， 即可通过这些元素的旁 路 开关设 置 ， 实现故 障在线修 复。当某个参数到 达停车条件时 ， P L C自动发 出停车指令 ， 同时顺序 切断物料 ， 实现安全停 机。系统 可对 压缩机 开停 车条件参数进行趋势记录及历史趋势记录； 利用 P L C系统首 出事件记录的 S O E功能 ， 抓取导致停机 的事件 ， 在最短时间内查找原 因， 给生产恢复争取 到更多的时间 ] 。另外 ， 新 系统增加一 L 位机实现联 锁跳车条件打旁路， 操作和控制简捷 、 方便， 避免 老系统现场盘通气密封不能随意操作的局面。 新 P L C系统配置工程师站 、 控制 系统各 1 套 。 为最大 限度 的保证 系统 的稳定运行 ， 工程师站与 控制系统之间采用冗余通讯 ， 配置双网卡 ， 双通讯 组件 ， 以保证各项控制参数数据的畅通传输 。 3控制系统结构 采用西 门子 S 7 4 0 0系列 P L C 控制 系统 ， 控制 系统结构见图 1 。 运行过程中， 分布式的系冗余统I ／ O站通过冗 图 1 P L C 控制 系统结构 余网络， 将压缩机 l 7 个停车信号 一段压力 、 二段 压力 、 油管压力 、 冷却水流量 、 罐液位 、 振动 、 气体 排放温度各 2 个 ， 主油箱温度 、 急停按钮 、 主电机停 止 按 钮 各 1 个 传 送 给 冗 余 的 系 统 控 制 器 s 7 4 1 2 H， 控制器再根据 工程 师组态进控制站的机组 运行逻辑控制程序 ， 对这些信号进行甄选 、 运算 、 调整 、 记录， 从而实现机组安全 、 联锁 、 保护 、 停车。 4改进后系统的优势 改造后的S 7 4 0 0 系列 P L C系统配置1 - 程师站 l 套 、 控制 系统 1 套 。最大限度的保证 系统的稳定 运行 ， 工程师站与控制系统之问采用冗余通讯 ， 配置双网卡 ， 双通 讯组 件 。较其他型号 的P L C产 品 ， 功能和优势较为明显 ， 主要表现在 1 0 个方面。 1 该 S 7 4 0 0系列 P L C系统采用获得 了T U V 的 S I L 2的认证 的C o n t r o l L o g i x 处理器和通讯模块 ， 模块平均无故障时间 MT B F 为 1 ． 5 1 0 h 。 2 中央控制器 、 I ／ O站 、 电源的所有冗余配置 的模块在 系统运行过程 中能够进行带 电热插拔 ， 当一侧模块发生故障， 自动实现无扰动切换 。 3 P RO F I B U S现 场 总线冗 余 网络作 为 S 7 4 0 0 H的通讯网络 ， 保证 了控制站能够可靠 的与现 场设备进行通讯 。 4 该 P L C实现 了所有压缩机运行参数 的过 程 自动化控制 ， 是较为先进的全集成 自动化理念。 5 模块化的架构以及甄选 的标 准， 大幅提高 了硬件 和软件 的灵 活性 和可扩展性 ， 可在 日后提 高压缩 机产能及工艺水平 时 ， 加 以硬件扩展和软 件在线组态 、 下装。 6 系统 响应 时间及扫描速度小于 5 0 ms ， 做 到毫秒级事件 的记录 ， 并且在 1 S 的采样周期 内历 史趋势记录可追溯 3 0 d 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 第 1 期 炼 油 与 化 工 REF I NI NG AND CHEMI CAL I NDUS TRY 47 大型石化企业信息化建设的现状及发展建议 罗 志 宏 大庆石化公司信息技术中心 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 介绍了信息化在石化企业中的重要地位和作用， 阐述了大型石化企业实施信息化管理的现 状， 并对石化企业信息化未来的发展提出了意见和建议。大型石化企业必须重视信息化建设， 才能 提高石化企业的市场竞争能力， 实现健康、 协调和可持续发展。 关键词 石化企业； 信息化； 现状； 发展建议 中图分类号F 4 0 6 ． 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 卜4 9 6 2 2 0 1 4 0 卜0 0 4 7 - 0 3 企 业信息化是企业实现 战略 目标 、 创造竞争 优势的重要手段 。目前 ， 从石化企业 内部来看 ， 信 息化建设的效果主要体现在内部运营的效率提高 上， 这种效率的提高促进了企业资产功能的增强、 知识的共享。从石化企业外部来看， 信息化建设 帮助企业建成了一个高效、 灵活的平台， 企业借助 这个平 台来处理与客户 、 供应 商及合作伙伴在线 业务与非在线业务。该平 台同时也帮助石化企业 降低 了在线交易的成本 ， 扩大了商业机遇的来 源 。在石化企业充满变化 的内外部环境 中， 企业 7 系统的主控制器配有后备电池， 数据保持 时间可长达 2 a 。 8 该系统还可根据生产需求， 通过P R O F I B U S 、 工业 以太 网 、 O P C以及 MO D B U S 等多种方式 与其 它控制系统通信。 9 应用环境振动频率在 l 4 Hz 以下 的场合 ， 振幅峰一 峰值在 0 ． 5 mm以下 ， 以及频率在 1 4 ～ 1 0 0 H z 的场合 ， 加速度在 O ． 2 G以下 ， 均不影响系统 的 正常工作， 系统抗震能力强。 1 0 系统采用 Wi n d o w s X P 操作平台 ， 实现全 局 数 据 管 理 集 成 ， 多 种 组 态 工 具 选 用 统 一 的 S I M A T I C 程序管理器。采用了现代化的软件体系 结构 ， 对项 目进行管理 、 处理 、 归档和建立文件口 。 5实施效果 新的西 门子 S 7 4 0 0系列 P L C系统运行 l 8 个 月后， 未出现任何影响压缩机运行的事件。它使 得 B C 1 1 0 1 压缩机拥有 了较为先进的控制能力 和 控制稳定性， 使得装置运行操作人员更容易稳定 生产 ， 企业 生产指导和决策者更能准确 地掌握装 置的实际运行情况 ， 并及时发 出调整指令。同时 ， 也使得 出现 问题时 ， 生产指导和决策者能够及时 了解问题 ， 尽早做 出决策方案 ， 减少 了因控制系统 故障而停机 的次数 ， 减少 了有毒有害气体 的排 放。经济效益、 环境效益显著， 达到了预期效果。 6结束语 S 7 4 0 0 系列 P L C系统适合中小型规模的生产 控制对象 ， 它以其功能丰 富 、 操作简便 、 运行安全 等优点 ， 在 我国许 多行业 中能够广泛应用 。该系 统投用 以后 ， 压缩机稳定运行程度大幅提高 ， 减少 了非计划停机， 具有广阔的应用前景和推广价值。 参考文献 [ 1 ]冀翊． s 7 4 0 0 P L C 在副井提升机 的应用[ J ] ． 。 1 业控制计算机， 2 0 0 7 7 8 7 8 9 ． [ 2 ]樊全建． 螺杆压缩机的P L C 控制[ J ] ． 太原大学学报， 2 0 1 2 3 1 3 4 1 3 5 ． [ 3 ]王俊． P L C控制系统在螺杆压缩机控制系统 中的应用[ J ] ．压缩机 技术 ， 2 0 1 0 3 2 3 2 4 ． [ 4 ]胡鑫． 西门子 S 7 4 0 0 系列P L C在捆钢机电气 自动控制系统 中的 应用[ J ] ． 硅谷， 2 0 0 8 6 1 9 2 0 ． [ 5 ]吴 国富． 西门子 S 7 --4 0 0 P L C在厚板坯连铸机二冷水基础 自动化 中的应用_ J ] ． 电气应用， 2 0 1 1 4 6 5 6 8 ． [ 6 ]赵艳涛． 西门子s 7 4 0 0 在氧压机中的应用[ J ] ． 可编程控制器与工 厂 自动化 ， 2 0 1 0 5 4 4 4 6 ． [ 7 ]汤晓华． 基于西门子 7 - 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