用S7-400在锦天化甲醇项目中实现首发报警功能

一、项目概况

锦西天然气化工有限责任公司（以下简称锦天化）位于辽宁省西部沿海城市葫芦岛，是我国第一个以海底天然气为原料的大型化肥生产企业，如图1所示为该企业局部图。从国家环境保护、可持续发展战略考虑，必须尽快推出符合可持续发展的绿色替代能源，目前甲醇燃料正是绿色替代能源的合适选择。锦天化引进、吸收国内成熟技术，利用公司自身的经济技术能力，新建年产6万吨精甲醇生产装置。该装置年处理海底天然气2亿立方米，具有工艺流程简单，生产成本低，：设备投资较少等特点，产品市场竞争力较强，具有较好的社会及经济效益。

图 1

二、控制系统介绍

系统配置采用PLC加WinCC方式。PLC选用指令执行速度较快的s7-400系列CPU 412，辅以Profibus通信处理器CP443-5。I/O卡件选用S7-400系列具有中断能力，能够及时快速响应过程事件的模件。上位机采用Siemens人机接口软件WinCC。工业通信网络选用PROFIBUS，不仅向WinCC提供过程数据，还可实现与DCS主控系统进行通信。操作站同时兼有工程师站的功能。操作站配有声卡、音箱，在PLC发现异常情况时，向操作员发出声音警报信号。计算机操作系统平台采用Windows 2000，STEP 7选用SIMATIC MANAGER V5.2。WinCC采用V5.1中文版。生产工艺流程图如图2所示。

图  2

三、控制系统完成的功能

系统主要功能包括：联锁保护逻辑（甲醇转化汽包停车逻辑、循环泵停车逻辑、甲醇燃料气停车逻辑、引风机停车逻辑、炉膛压力停车逻辑、主停车逻辑、允许启动逻辑、卸荷器逻辑、甲醇合成汽包逻辑、联合压缩机润滑油系统逻辑、压缩机轴振动联锁逻辑、压缩机轴位移联锁逻辑、甲醇合成塔停车保压逻辑、压缩机停车处理逻辑、压缩机允许启停逻辑、辅助油泵逻辑、油加热器逻辑、锅炉给水泵、循环泵逻辑、甲醇冷凝液输送泵逻辑、甲醇预塔回流泵逻辑、甲醇主塔回流泵逻辑、甲醇泵类逻辑）；逻辑状态指示功能，在WinCC操作画面上直观地指示各逻辑状态，指导启、停车；报警记录及触发事故音响功能；前三个首发报警锁定记录功能。

四、首发报警的实现

在工业现场一旦有事故发生，为了分析事故发生原因，必须提取事故发生时的数据。由于该甲醇生产装置对安全可靠性要求较高，逻辑联锁功能较多，各设备间联锁关系复杂、相互关联。根据锦天化公司多年的生产实践经验，引起生产装置事故停车的主要原因是：自装置正常运行后的前三条报警信息。因此，记录并锁定前三个首发报警成为本项目的重点。在STEP 7中，编写FC 20功能块，记录锁定前三个首发报警信息。在OB1中，给每条报警赋予一个序列号，反复调用FC 20。FC 20的梯形图逻辑如图3所示。

图  3

地址位DB2.DBXO.O. DB2.DBXO.1. DB2.DBX0.2分别记录首发第一报警、首发第二报警、首发第三报警是否发生（1表示有报警发生，0表示无报警发生）。数据字节DB2.DBBl. DB2.DBEDB2.DBB3分别存储对应首发报警的序列号。在OB1中对FC 20的调用如下：

    CALL FC    20                  //10.0   

     ala_in    :=10.0

    AlaSeqNum:=B#16#1    //报警序列号

    FNflag    ：=M160.0        //记录上跳沿标志

    CALL FC    20                   //10.1

    ala_in    :=10.1

    AlaSeqNum:=B#16#2

    FNflag    :=M160.1

    CALL FC    20                     //10.2

    ala_in    :=10.2

    AlaSeqNum:=B#16#3

    FNflag    :=M160.2

    CALL FC    20                     //10.3

    ala in    ：=10.3

    AlaSeqNum:=B#16#4

    FNflag    :=M160.3

    CALL FC   20                       //10.4

    ala in       :=10.4

    AlaSeqNum:=B#16#5

    FNflag    :=M160.4

WinCC中对首发报警的显示界面如图4所示，红色表示对应信号有报警发生、绿色表示对应信号正常。

图  4

五、结束语

该系统自2004年1 0月投入运行，一年以来，一直运行良好。该系统便于用户简单、快捷地判断分析事故故障原因。鉴于此功能在甲醇项目中的成功应用，锦天化于今年初相继将这一技术应用于合成氨、尿素等生产工艺过程中。

六、应用体会 

在系统设计阶段，选用512K FLASH存储卡，但经过现场调试投运后发现无法将用户程序输入至FLASH存储卡（存储卡容量不足）。对于S7-400系列CPU，存储卡容量必须大于使用SIMATICManager中Archive工具压缩后的项目文件大小。CP 443-5与DCS采用PROFIBUS DP通信时，发现CP443-5与DCS的通信卡都只能设置为PROFIBUS DP的MASTER，从而导致通讯无法进行。采取更换DCS的通信卡，将其设置为SLAVE模式。另外，经过与西门子核实订货号为6ES7443-5DX02-OXEO的CP443-5不具备带电插拔功能～总之，在该项目的实施工程中得到锦天化总工办及西门子技术支持部门的大力支持，’在此一并表示衷心的感谢。