采用西门子S7-300系列PLC和总线技术实现高炉煤气洗涤控制系统设计

一。 现场总线技术

高炉煤气洗涤系统是将高炉回收的煤气通过洗涤塔净化后送至用户。现将原常规电气控制系统改造成PLC集中监控系统，该项目包括4座洗涤塔和公共部分。 现场控制设备分布范围比较广，如果采用传统的控制方案，势必要敷设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力和物力，十分不经济，同时使系统复杂，可靠性降低 。采用目前比较流行的现场总线技术，可以降低成本，同时提高系统的可靠性，使系统易于 扩展和维护。Profibus是Process Fieldbus的缩写，是一种国际性的开放式的现场总线标准 。目前世界上多数自动化技术生产厂家都为它们的自动化设备提供Profibus通信接口。Profibus已经广泛地应用于加工制造、过程控制和楼宇自动化，是一项成熟的技术。Profibus根据应用特点可分为Profibus DP， Porfibus FMS， Profibus PA等三个兼容版本。Profibus DP是经过高速优化的、廉价的通信链路，专为自控系统和设备级分散式I/O之间设计的接口；使 用Profibus总线模块用于分布式控制系统的高速数据传输可以取代昂贵的24 V或0～20 mA并行信号线。

二、系统功能

高炉煤气洗涤控制系统的要求是对煤气洗涤处理及输送过程进行自动控制和自动调节，使净化后的煤气送至用户。在公司中控室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到公司中控室。

功能如下：

（1）控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一阀门，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等。

（2）显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。用模拟仪表、趋势图、曲线、柱状图动态显示参数的实时变化情况，使生产管理人员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况。

（3）报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。监控系统报警包括控制系统报警和生产过程报警。可进行实时和历史故障记录查询，它能记录故障名称、发生时间、故障消除时间等内容。

（4） 通讯功能： WinCC是基于标准的Windows平台开发的SCADA系统软件，充分考虑了与其它系统交换信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等标准。可以提供多种方式与上层系统数据交换。

三、系统组成

如果采用常规PLC集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上，由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣、其施工难度非常大。鉴于此，采用了PROFIBUS-DP现场总线技术，根据工艺划分，系统共设了五个主站、十个总线箱、两个操作员站。采用西门子的S7-300系列PLC，主站采用CPU315-2DP，其带有一个DP通讯口和一个MPI口。各总线箱采用通用性较好的ET200B和ET200eco现场模块，用于现场数据的采集和控制，并借助Profibus（工业现场总线），方便控制网络系统的建立。

控制系统分为三个级别，即管理级、控制级、现场级。

（1）管理级

管理级集中监控各个分站设备的运行状态，网络采用SIEMENS Industrial Ethernet。上位机监控系统设两台操作员站，选用研华工业控制计算机，每台机器上装有网络通讯卡CP1613，它们各通过工业以太网分别与五套PLC系统的通讯处理器CP343-1通讯口连接，并选用西门子的工业交换机。上位监控采用WinCC组态软件，完成系统组态。

（2）控制级

控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对整个生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。系统分公共部分管网和1-4#洗涤塔共五套PLC，并且相互独立。Siemens公司S7 315-2DP型号PLC具有Profibus-DP网络通讯接口，可作为Profibus-DP现场总线的主站。与控制现场的远程分布式智能I／O模块连接，实现与现场设备和传感器通信。集中控制使得整个控制系统各个部分之间能够完全协调工作。

（3）现场级

现场级控制采用PROFIBUS-DP现场总线，公共管网部分由于各控制点分布广，共配了6个总线箱，相互串联.1-4#洗涤塔分别配了1个总线箱，整个系统共10个总线箱，ET200系列各类模块共计124块，对现场的数值量和模拟量进行采集和控制。

四、系统特点

采用Profibus技术后，与传统的电控系统比较，系统具有以下几个特点：

（1）系统设计更加方便、价格低廉.ET200B和ET200eco是紧凑型、一体化的设计，低成本的现场解决方案。

（2）组态、调试更加容易。 无须其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完成Profibus-DP的组态。不需额外费用，设备故障就可通过总线报告，故障定位更加方便。

（3）维护简单。端子模块上所有的I/O通道都支持短路保护和过载保护，同时支持通过PROFIBUS网络进行远程诊断，都为日后设备维护带来极大的便利。

（4）便于扩展和信息集成。 Profibus的使用将孤立的单元设备带进了信息化网络中，为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。

（5）最终用户工程造价降低。 Profibus技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子排等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。

五、结论

在高炉煤气洗涤控制系统中采用现场总线提高了信号传送精度，增强现场控制灵活性，降低设计施工费用，减少电缆敷设，易于维护和扩展的目的，尤其是与传统集中控制比较，从系统设计、安装调试、维护及扩展上，现场总线技术的优势十分明显。此控制系统于2004年6月调试完毕，运行至今系统稳定、可靠。极大地提高了劳动生产率，减少了工人的劳动强度，在生产管理上了也一个新台阶。

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