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一、目簡介項
山東海化股份有限公司天祥化工廠
山東海化股份有限公司座落在世界著名的風箏之都山東省濰坊市西北部渤海萊洲灣南畔，是由國有特大型企業山東海化集團有限公司作為獨家發起人，於1998年5月在深圳證券交易所掛牌交易的上市公司。下設純堿廠、天祥化工廠等多家子公司。
山東海化，以發展循環經濟為主導，致力於發展海洋化工，依托當地得天獨厚的鹽資源優勢，成功開發出以純堿為主導產品核心，以溴素、三聚氰胺、氯化鈣、硝酸鈉、亞硝酸鈉等主要產品為輔助，由堿係列、溴係列、苦鹵化工、精細化工等產品構成的產品係列。純堿、溴素、溴化物、氯化鈣、三聚氰胺等多種產品的市場占有率雄居全國首位。
進入21世紀以後，山東海化加快了發展的步伐，先後上馬了純堿廠60萬噸/年純堿項目，天祥化工廠4萬噸/年甲烷氯化物、10萬噸/年乙酸乙酯和5萬噸/年苯胺項目。
同時山東海化與西門子的合作也進入了一個新階段，以上這四套裝置的DCS係統全部采用了西門子PCS7，主要由上海西門子工業自動化有限公司集成。
山東海化純堿廠60萬噸/年純堿裝置已於2004年初投入運行，三年來取得了很好的經濟運行效果，使純堿廠成為亞洲最大的純堿生產廠。
山東海化天祥化工廠，成立於2004，致力於化工產品生產。先後建設了4萬噸/年甲烷氯化物、10萬噸/年乙酸乙酯和5萬噸/年苯胺項目。為山東海化向化工產業的縱深發展邁出了堅實的步伐。
上海西門子工業自動化有限公司近年來完成了多個化工裝置的控製係統，如江蘇梅蘭離子膜一期、二期，江蘇梅蘭PTFE，山shan東dong亞ya星xing離li子zi膜mo，山shan東dong亞ya星xing雙shuang氧yang水shui，上shang海hai賽sai科ke空kong分fen等deng，具ju備bei化hua工gong裝zhuang置zhi控kong製zhi係xi統tong集ji成cheng的de較jiao強qiang實shi力li和he豐feng富fu經jing驗yan。這zhe些xie項xiang目mu的de成cheng功gong實shi施shi同tong時shi也ye證zheng明ming了lePCS7在化工領域運用的優越性。
二、生產工藝
山東海化股份有限公司天祥化工廠5萬噸/年苯胺裝置
苯胺裝置采用化學工業第二設計院提供的生產工藝，該工藝主要分為硝化單元、還原單元、精製單元、廢酸濃縮單元、廢水處理單元和氫壓機單元。各單元簡介如下：
1．硝化單元
苯和硝酸反應(83％的硫酸作為催化劑)，生成硝基苯，並產生68－70％的廢酸。
2．還原單元
硝基苯經過初餾塔和精餾塔精製後成為精硝基苯；精硝基苯加氫還原（單銅矽膠為催化劑），生成粗苯胺。
3．精製單元
粗苯胺經過脫水塔和精餾塔精製後成為精苯胺，精苯胺為最終產品。
4．廢酸濃縮單元
廢酸經提取去除硝酸後蒸發成為83％的硫酸，再供硝化使用；
5．廢水處理單元
在硝化反應中產生的廢水，經廢水汽提塔回收部分硝基苯後去汙水處理單元進行處理。
6．氫壓機單元
共4各氫壓機組，用於氫氣的壓縮，壓縮空氣供加氫還原使用。
由於苯胺裝置具有易燃易爆的特點，在本體設計時增加了很多防爆的安全裝置，如采用加固裝置、安全閥、防爆閥和信號隔離等。同時還采取了德國HIMA提供的ESD緊急停車係統，以降低裝置運行的風險。ESD通過Modbus和DCS進行通訊。
三、控製係統構成
該裝置監控係統為SIEMENS PCS7 V6.1 SP1。
SIEMENS PCS（Process Control System）7係統是麵向工業過程的分布式的全集成控製係統，它綜合了DCS、PLC及現場總線的技術。
開放式網絡結構、開放式操作係統以及開放式接口使公司範圍內，即從生產級到管理級的整個信息係統最優化；在全集成自動化的環境下，采用統一的自動化平台實現對整個工廠的自動化控製和管理。
全(quan)集(ji)成(cheng)自(zi)動(dong)化(hua)方(fang)案(an)就(jiu)是(shi)用(yong)一(yi)種(zhong)係(xi)統(tong)完(wan)成(cheng)原(yuan)來(lai)由(you)多(duo)種(zhong)係(xi)統(tong)搭(da)配(pei)起(qi)來(lai)才(cai)能(neng)完(wan)成(cheng)的(de)所(suo)有(you)功(gong)能(neng)。應(ying)用(yong)這(zhe)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，可(ke)以(yi)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)結(jie)構(gou)，減(jian)少(shao)了(le)大(da)量(liang)接(jie)口(kou)部(bu)件(jian)，應(ying)用(yong)全(quan)集(ji)成(cheng)自(zi)動(dong)化(hua)可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)上(shang)位(wei)機(ji)和(he)各(ge)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)器(qi)之(zhi)間(jian)，連(lian)續(xu)控(kong)製(zhi)和(he)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)之(zhi)間(jian)，集(ji)中(zhong)與(yu)分(fen)散(san)之(zhi)間(jian)的(de)界(jie)限(xian)。同(tong)時(shi)，全(quan)集(ji)成(cheng)自(zi)動(dong)化(hua)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)還(hai)可(ke)以(yi)為(wei)所(suo)有(you)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)統(tong)一(yi)的(de)技(ji)術(shu)環(huan)境(jing)，基(ji)於(yu)這(zhe)種(zhong)環(huan)境(jing)，技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)平(ping)台(tai)下(xia)對(dui)所(suo)有(you)應(ying)用(yong)進(jin)行(xing)組(zu)態(tai)和(he)編(bian)程(cheng)。
本監控係統采用了西門子400係列冗餘控製器：2套CPU 417-4H（儀表部分YB1、YB2）和1套CPU 414-4H（電氣部分DQ）。
係統結構如下：
DCS係統結構圖
本控製係統的特點是：CPU冗餘、電源冗餘、I/O冗餘、Profibus-DP冗
餘、以太網冗餘、服務器冗餘，冗餘SERVER-CLIENT結構，雙層網絡結構，控製網為環網、終端網絡為局域網。穩定性顯而易見，同時還具有很強的擴展性和移植性。
DCS係統通過西門子通訊卡件CP341和ESD係統通訊，采用Modbus485通訊協議，組態設置和編程都十分簡單易懂。ESD把自身的狀態及其采集的信號狀態、ESD報警和動作等信息通訊給DCS，以方便操作人員及時發現問題並采用相應措施以維持裝置的安全運行。
下圖為YB1 CPU櫃的前視圖：
下圖為YB1硬件配置圖：
四、控製係統完成的重點分析
基於苯胺裝置的危險性，在工程之初，設計院、海化天祥化工廠及上海西門子工業自動化有限公司就對監控係統的安全性能做了深入分析，采用了大量的安全柵、繼電器以隔離防爆；同時增強了監控係統的冗餘，特別是IO冗餘。同時海化天祥化工廠的工程師還提出了控製網絡環網的監控。這裏，就IO冗餘和控製網絡環網監控作一些分析。
1. IO冗餘
下圖為IO冗餘結構示意圖，冗餘卡件的使用，使得當一個卡件或通道故障時相應的IO信號仍然能夠保持正常。
本項目中，用到了AI冗餘、AO冗餘、DO冗餘和Modbus冗餘，這裏以AI冗餘為例說明。
AI冗餘分為帶有冗餘傳感器的冗餘模擬量輸入模板方式：
和接入非冗餘傳感器的冗餘模擬量輸入模板方式：
在本項目中，模擬量輸入為4線製或2線製4－20mA信號，傳感器不冗餘，AI卡件為6ES7 331-7KF02-0AB0，故采用了第二種方式中的間接電流測量方式。
1.1 硬件設計
下圖為接線原理圖:
由於一個信號要接入兩個卡件，所以我們采用了冗餘端子，AI冗餘端子結構如下（僅為示意圖，冗餘端子可由有資質的櫃廠訂做或者向有資質的第三方購買）：（R1、R2為250歐姆）
當信號為4－20mA 2線製時，接線方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應通道）
當信號為4－20mA 4線製時，接線方式如下：（CH1+/CH1-接入主卡件相應通道，CH2+/CH2-接入備用卡件相應通道）
1．2 組態設置
設置控製器過程影像分區：
卡件冗餘設置：
輸入設置，在本項目中測量類型應為1－5V電壓類型而非4－20mA電流型：
地址設置，過程影像區設為PIP1：
注：以上設置隻對主卡件（低地址）設置，可以認為備用卡件不存在。
1．3 CFC
在CFC中，隻需對冗餘IO的低地址進行組態，可以認為高地址的卡件不存在；且冗餘IO的驅動塊必須放在和卡件過程影像區對應的OB中，否則有可能出現信號不穩定。本項目中，卡件過程影像區為PIP1，對應的OB為OB35，所以驅動塊應放在OB35中。如下圖所示：
2. Plant Bus環網監控
2．1 OSM狀態監視
2．1．1 OSM設置
運行PST工具s7wnpstx.exe（該工具可以從西門子網站上免費下載），設
置OSM的地址。具體步驟可參見其幫助信息，這裏不一一說明。
打開IE EXPLORER，輸入http://192.168.0.201/，打開如上網頁，Login ID為admin，Password默認為admin。在如下的OSM配置頁麵內可以對OSM進行具體配置，如，是否監視電源輸入，是否監視兩個光纖口的狀態，等等。
2．1．2 OPC設置
添加OPC SNMP節點OSM，做相應設置並Export Tags for Wincc（具體步驟略）。
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設置如下。
。點擊該圖標，
