張森林

摘要：某聚酯PTA輸送裝置原控制系統(tǒng)采用西門子S5系列 PLC，由于系統(tǒng)投用時間較長，逐漸進入設(shè)備的故障高發(fā)期，給裝置的平穩(wěn)運行留下了安全隱患。成功以西門子S7-400H替代S5對聚酯PTA輸送系統(tǒng)進行改造，大幅降低了聚酯裝置斷料停產(chǎn)的風險隱患，同時也為其他S5系統(tǒng)的升級改造積累了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：PLC；自動控制系統(tǒng)；聚酯PTA輸送；組態(tài)

中圖分類號：TH715.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0018-02

某石化企業(yè)聚酯PTA輸送裝置原控制系統(tǒng)采用西門子S5系列 PLC，是西門子公司上世紀九十年代產(chǎn)品，由德國ZIMMER公司設(shè)計集成。由于系統(tǒng)投用時間較長，逐漸進入設(shè)備的故障高發(fā)期，給裝置的平穩(wěn)運行留下了安全隱患，決定對整套S5控制系統(tǒng)進行升級改造，由西門子S7-400H冗余控制系統(tǒng)所替代。

1 PTA輸送工藝流程

聚酯裝置引進德國吉瑪公司技術(shù)，原料為PTA、EG，連續(xù)生產(chǎn)PET熔體。PTA是由上游PTA工廠經(jīng)氮氣輸送系統(tǒng)送入兩個PTA儲存料倉，再由PTA儲存料倉分別送到兩條縮聚生產(chǎn)線的PTA日料倉。

PTA輸送系統(tǒng)由氮氣密相輸送，非連續(xù)的供給PTA料倉，氮氣再經(jīng)過過濾器返回到循環(huán)系統(tǒng)。輸送PTA用的氮氣可以循環(huán)使用，壓力降低或氧含量超標時，氮氣緩沖罐會自動給系統(tǒng)充氣或置換氮氣，以保證系統(tǒng)壓力和氧含量指標正常。如果氮氣管線上氧含量指示儀超過4%，系統(tǒng)報警并用新鮮氮氣進行置換；如果氮氣管線上氧含量指示儀超過6%，聯(lián)鎖停止PTA輸送系統(tǒng)。

2 原控制系統(tǒng)存在的問題

（1）PTA輸送裝置控制系統(tǒng)采用S5-135U PLC，是西門子上世紀90年代產(chǎn)品，大多數(shù)S5模塊目前已經(jīng)不再生產(chǎn)，S5系列正逐步退出市場，備件價格昂貴、部分備件已停產(chǎn)。

（2）系統(tǒng)連續(xù)運行多年，元器件老化，電源模塊、IO卡多次出現(xiàn)故障，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行。

（3）原系統(tǒng)經(jīng)過多年運行和幾次局部更新后，沒有完善、準確的圖紙資料，PLC邏輯程序也需要完善和優(yōu)化。

（4）操作計算機老化，經(jīng)常死機，HMI軟件采用WINCC4.0，與現(xiàn)有操作系統(tǒng)、上位軟件無法兼容，需要更新硬件、操作系統(tǒng)和HMI軟件。

（5）PLC機柜接線散亂，許多接線標識已經(jīng)無法識別，給日常維護和故障處理造成了很大困難。

（6）機柜內(nèi)其他電子元件如安全柵、繼電器、溫變等已到使用年限，故障率較高，嚴重影響系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3 系統(tǒng)改造方案及軟硬件配置

3.1 系統(tǒng)改造方案

由于聚酯PTA輸送為化工生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，一旦停運將會造成聚酯裝置斷料停產(chǎn)，首先要考慮改造后系統(tǒng)的安全性、可靠性，同時要盡可能節(jié)約投資，根據(jù)以上原則，本次改造利用原控制系統(tǒng)機柜，保護性拆除原機柜內(nèi)S5系統(tǒng)硬件（作為其他S5系統(tǒng)備件），在原機柜內(nèi)安裝、集成一套西門子S7-400H冗余控制系統(tǒng)，新上兩臺操作站，其中1臺兼工程師站。

3.2 系統(tǒng)配置

3.2.1 控制器

本次改造選用西門子S7-400H冗余控制系統(tǒng)，電源、控制器、通訊卡為冗余配置，S7-400H系統(tǒng)是西門子提供的最新冗余控制系統(tǒng)，具有高可靠性、安全性等特點，通過將發(fā)生中斷的單元自動切換到備用單元的方法實現(xiàn)系統(tǒng)的不中斷工作。

3.2.2 I/O擴展

考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性，采用ET200M分布式I/O系統(tǒng)。ET200M使用S7-300可編程控制器的信號模塊，功能模塊和通訊模塊進行擴展，適宜與冗余系統(tǒng)一起使用，性能穩(wěn)定、擴展性強。

3.2.3 繼電器、安全柵

由于原來型號已停產(chǎn)，本次利用原有機柜，考慮到機柜內(nèi)安裝空間，選用菲尼克斯超薄繼電器，安全柵選用MTL5541系列。

3.2.4 HMI軟件

原系統(tǒng)HMI軟件為WINCC4.0，本次改造更新操作站后選用WINCC7.0，便于對原項目上位機程序進行移植和修改，操作界面與原系統(tǒng)一致，操作人員不需經(jīng)過培訓即可熟練使用。

4 項目實施

在項目實施中，做了以下工作：

4.1 升級前的準備工作

系統(tǒng)停機前下載原S5PLC、HMI程序進行解讀分析，弄清原系統(tǒng)每一個IO、每一條邏輯程序、每一個變量的使用情況，參考原系統(tǒng)接線圖和機柜內(nèi)實際接線繪制新系統(tǒng)（S7-400H）的機柜接線圖。為了保證新S7系統(tǒng)和原有的S5系統(tǒng)的地址必須一一對應(yīng)，對照程序和圖紙，逐個對每個地址進行檢查和確認。

4.2 現(xiàn)場集成

設(shè)備停運后，保護性拆除機柜內(nèi)原有S5硬件，根據(jù)新的機柜設(shè)計圖紙安裝集成S7-400H PLC硬件及附件，將現(xiàn)場儀表信號接入PLC機柜。

4.3 硬件組態(tài)

按照原系統(tǒng)的地址表組態(tài)S7硬件，即S7中通道地址與S5相同，這樣方便新系統(tǒng)進行程序轉(zhuǎn)換。

4.4 軟件編程

將S5程序用CONVERTEING 軟件進行轉(zhuǎn)換，一般的程序即可升級為S7程序，其中一些特殊的S5程序需自行編寫，如模擬量讀取，PID，CP524通訊等。在程序轉(zhuǎn)換過程中需要了解S5與S7在功能塊、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式、尋址等方面的差別，并據(jù)此對轉(zhuǎn)換后的S7程序進行部分修改。修改特殊S5程序，如S5PID程序為OB251，在OB13中調(diào)用，我們使用S7的FB41代替并在OB35中調(diào)用。值得注意的是S5PID數(shù)據(jù)塊的手動默認是FLASE，而FB41的數(shù)據(jù)塊默認為TURE。修改CP524的通訊程序。更新為CP341的FB80。

S5轉(zhuǎn)為S7后功能塊描述如圖1所示。

4.5 重新組態(tài)畫面

參考原S5HMI監(jiān)控界面，根據(jù)新編S7-400H程序，重新組態(tài)HMI（WINCC7.0），并使新系統(tǒng)HMI操作界面與原系統(tǒng)保持一致，操作人員能夠立刻熟練使用。

4.6 現(xiàn)場調(diào)試

PTA輸送PLC的主要程序為順序控制，聯(lián)鎖邏輯較多，原S5程序經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，許多程序無法正常運行，需要根據(jù)工藝的控制要求，重新修改和優(yōu)化程序，逐臺設(shè)備進行單體測試，確保每臺設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯安全可靠，設(shè)備運行狀態(tài)正確，在此基礎(chǔ)上對PTA輸送的順序控制進行聯(lián)動調(diào)試，經(jīng)過反復調(diào)試后，整套設(shè)備能夠按照工藝要求的步序正確運行，動作正確。

PTA輸送系統(tǒng)的PID控制在HONEYWELL DCS上實現(xiàn)，PLC為從站，DCS為主站，PLC的數(shù)據(jù)經(jīng)過CP 341以MODBUS協(xié)議與DCS通訊?？紤]到DCS程序的安全性，DCS不能做任何修改，這是本次改造的一個難點。由于沒有確切的資料無法得知DCS通訊地址，經(jīng)過反復測試，確定了PLC與DCS的通訊地址對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過在PLC上測試，最終核準了DCS的通訊數(shù)據(jù)地址，PLC的數(shù)據(jù)成功接入HONEYWELL DCS，DCS能夠正確采集PLC數(shù)據(jù)進行PID控制。

5 結(jié)語

經(jīng)過升級改造后，PTA輸送系統(tǒng)運行平穩(wěn)，不僅完全實現(xiàn)了原系統(tǒng)的各項功能，還對部分程序進行了優(yōu)化，新系統(tǒng)的可靠性和容錯功能大大增強，大幅降低了聚酯裝置斷料停產(chǎn)的風險隱患，減少了裝置停車造成的巨大損失，同時也為其他S5系統(tǒng)的升級改造積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2005.

[2]趙景波.西門子S7 300/400 PLC快速入門手冊[M].化學工業(yè)出版社，2012.