PCS7控制系统在制浆筛选工段中的应用实践

张贺琴　林　健　徐建立（河南银鸽实业投资股份有限公司，河南　漯河　462000）



PCS7控制系统在制浆筛选工段中的应用实践

张贺琴林健徐建立
（河南银鸽实业投资股份有限公司，河南漯河462000）

摘要：分析西门子PCS7过程控制系统相对于新华XDPS-400自控系统在硬件组态、软件编程和网络配置等方面的优点。介绍了运用西门子PCS7软件为平台进行开发应用，同工控机、PLC、传感器和执行器等一起构成DCS控制系统，产生一定的经济效益和社会价值。

关键词：筛选控制系统PCS7

0　前　言

制浆过程筛选工段实行自动控制，不仅能提高工作效率，延长设备使用寿命，而且还能实现减少消耗等节能降耗效果。2001年投入运行的芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司生产的筛选设备选用了新华XDPS-400控制系统[1]。但随着系统硬件运行老化和软件升级更新需大量资金投入，以及监控设备的扩容性受限等因素，对制浆筛选自控系统进行自主开发和设计成为了必须。

西门子PCS7过程控制系统是西门子自动化产品的高度集成，软件系统集成了STEP7 、WINCC、SCL、CFC等功能，系统应用不仅开发方便，同时控制功能强大，硬件兼容性强，而且PCS7系统的抗干扰能力强，通信方式技术成熟，故障诊断和处理更智能高效，为日常的检查维修和更新升级提供很大便捷性。在制浆过程筛选工段的DCS控制设计应用中，PCS7与新华XDPS-400相比有以下优势[2-3]：

（1）网络配置。系统采用ET200M(IM153-1)扩展模块，各子站之间使用Profibus DP通信，CPU和上位机之间采用工业以太网的通信方式，比新华XDPS-400网络结构的I/O站MAC通信卡连接和DPU与上位机同轴线缆通信更具有抗干扰能力、运行可靠等特点。

（2）软硬件开发应用。西门子PCS7和PLC系列等产品在造纸行业应用的成熟性和广泛性，以及维保人员对其的掌控，为后期工艺生产的改进和软件开发应用提供便利。现场硬件布局方面，在原现场一次检测仪表、变配电柜和控制柜安装位置保持位置不变的基础上，根据生产工艺方案，对模拟/数字量控制点数、数据管理、工艺流程等方面进行增设和优化处理。软件设计方面， PCS7相对于新华XDPS-400系统，具有ET200M分布式、开发自主、兼容性强大便利等优势。

（3）通信方面。PCS7系统设备和中央控制室构成一个开放性局域网络，方便OS、ES和其他设备的接入，在ES上通过组态软件可方便地增加或者修改监控对象和画面，使整个系统的监控既有可扩展性又具有全面性。

综上所述，西门子PCS7系统在设计开发、调试、维护等方面有卓越的表现，而且通过自主开发应用，可降低工程项目资金投入，从而实现生产监控、工艺优化和降低成本的目的。

1　制浆筛选系统工艺

自蒸煮车间喷放锅的蒸煮浆进入到真空洗浆机洗涤后，被打入洗后浆塔成浆。成浆进入方浆池进行粗筛，筛后良浆经一道细筛和除节机精选后进入筛后浆塔。期间筛选出的渣浆，经二道细筛、除渣器、轻杂质槽和跳筛后形成尾浆，供板纸车间作为浆料生产使用。因此，整个系统的筛选根据工艺质量控制，可最大程度满足不同纸浆供应需求，见图1。

图1　筛选工艺流程图

2　基于PC7环境下筛选控制系统设计

2.1控制系统硬件配置

控制系统硬件主要包括工控机（操作员站）、西门子PLC控制柜及现场检测控制仪表等。本设计方案仅在控制软件方面进行更新，所对应的中央处理单元按照I/O点数进行连接调试后，完全可满足控制要求。

分析整个工艺流程，系统以（SCL+ CFC）开发方式，采用了西门子S7-400系列CPU（6ES7 CPU414-3PN/DP）[4]控制检测的变量有：

①AI(A/D模块)，56点（采用模拟量输入模块SM331，6ES7 331-7KF02-OABO）；

②AO(D/A模块)，36点(采用模拟量输出模块SM332，6ES7 332-5HF00-OABO）；

③DI:82点(采用开关量反馈模块SM321，6ES7 321-7BH01-OABO）；

④DO:78点（采用开关量输出模块SM322，6ES7 322-1BLOO-OAAO）；各I/O点数各留有15%的余量。现场总线通信选用：6ES7 153-1AA03 -0AB0。

2.2控制系统网络结构

从站采用分布式ET200M形式。子站与子站、ET子站与CPU之间，均采用了Profibus DP通信方式。CPU与上位机WINCC之间采用工业以太网通信，并通过交换机扩展至3个操作站和1个工程师站，见图2。

图2　筛选控制系统网络结构

2.3控制系统软件设计

本系统在离线状态下，完成西门子PCS7系统的硬件组态以及编程[5-6]，通过完善WINCC画面、控件与CPU变量标签的链接，实现生产工艺过程的查看、操作和监控管理。本文主要从软件的硬件组态、网络组态、编程（清水节能、联锁控制）优化等方面进行了设计分析。

（1）硬件及网络组态如图3和图4所示。

图3　硬件组态图界面

图4　网络组态图界面

（2）编程过程如下：

①同一种设备都采用统一的功能块，这样做对同一种类设备的维护和检修就变得比较容易和明了。比如泵控制的功能块，有掉电保护、运行计时等功能，完全满足生产控制所需。同时，通过SCL编程，实现重要设备的运行计时功能，起到节能降耗、降低成本的作用。为了节约清水的使用量，对清水泵的运行进行计时控制，促使操作员根据需要使用清水，以每班清水泵的总体运行时间累计值作为一项考核指标，可达到降低成本的目的。以清水泵计时功能为例，下面是其SCL源代码：

FUNCTION_BLOCK FB52

TITLE='计时程序 银鸽'//2011.5.8

KNOW_HOW_PROTECT//Program Protect

VERSION:'1.0' //Add By 银鸽

AUTHOR:YG//Edit By 银鸽

NAME: YG//Name

FAMILY:YGLIB //Family

{S7_m_c:=’true’} //-- In_Out_Parameter --

VAR_IN_OUT//输入参数

Rset{S7_m_c:='true';S7_param:='true'}:BOOL;//清零

start{S7_m_c:='true';S7_param:='true'}:BOOL;//开始计时

END_VAR

VAR_OUTPUT//输出参数

Sec{S7_m_c:='true'}:int; //秒计时

minutes{S7_m_c:='true'}:int;//分钟计时

Hour{S7_m_c:='true'}:int;//小时计时

END_VAR

VAR

secin:int;

minin:int;

houin:int;

END_VAR

BEGIN;

IF start=true

THEN secin:=secin+1;

END_IF;

IF secin>=600

THEN minin:=minin+1;

secin:=0;

END_IF;

IF minin>=60

THEN houin:=houin+1;

minin:=0;

END_IF;

IF houin>=999999

THEN houin:=0;

END_IF;

Sec:=secin/10;

minutes:=minin;

Hour:=houin;

IF Rset=true

THEN secin:=0;

minin:=0;

houin:=0;

Rset:=false;

END_IF;

功能块源代码结束，使用西门子源代码编译器编译检查无误后，自动生成相关的功能块，以便在程序中调用。清水泵的运行信号引入到计时功能块的“start”引脚上，泵一旦启动，功能块自动进行计时，同时将时长显示到WINCC画面上，以便操作员交班记录，见图5。

图5　清水泵运行计时控制人机界面

②连锁控制优化。为保证工艺过程的动作安全可靠，自控方面往往通过连锁功能进行控制。如筛选工艺流程中的一道细筛、二道细筛设备均具有自动排渣的功能。为改善原控制系统的逻辑设计僵硬，提高自动排渣效果，本方案根据工艺特点对自动排渣功能做出了优化。图6为细筛自动排查的功能块。各种时间参数可以在上位机人机对话窗口自由设定，如图7所示。经过逻辑优化后的排渣自动控制设定灵活，出现异常系统报警及时、准确，大大提高了工作效率和设备的安全性能。

图6　细筛自动排渣功能块组态界面

（3）程序完善后，在WINCC上，根据工艺过程，编辑人机界面，如图8所示，可实现对生产全过程的实时运行状况控制、历史曲线图、报警画面和报表的调用查看功能。

（4）程序编译后，下载到CPU运行，完成控制系统优化。

3　结束语

（1）运用西门子PCS7软件为平台开发设计投运后的筛选控制系统，操作便捷，工艺管控能力得到提高。控制系统运行抗干扰能力强，稳定可靠,效果明显。

（2）节能效果明显。控制系统投运后，每日可减少清水用量200 t左右，有益于降低生产成本；同时，减少了生产制浆废水量，为环保工序提供了有利条件。这样具有一定的经济效益和社会价值。

图7　连锁控制人机界面

图8　筛选控制系统上位机人机界面

参考文献：

[1] 王孟效,汤伟,施颂椒. [J].中国造纸.2002,22(6)：24-27.

[2] 新华控制工程有限公司.XDPS-400分散型控制系统综述 [M].2001

[3] 吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2003：90-126.

[4]S7-300可编程序控制器硬件和安装手册[G]. SIEMENS资料，2004.

[5] 孙海维.SIMATIC可编程序控制器及应用[M].北京：机械工业出版社，2001：50-95.

[6] 戴一平.可编程控制器技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2004：163-177.

张贺琴（1972—）本科助理工程师河南银鸽实业投资股份有限公司生产运营部主任师，主要从事造纸工艺过程自动控制的优化、开发和应用等研究。

地址：河南省漯河市召陵区人民路与中山路交叉口银鸽大厦811室；邮编：462000；联系电话：0395-5615525；13781705309；E-mail：1456123860@qq.com

A practice on the application of PCS7 control system in production of screening stage

ZHANG Heqing， LIN Jian，XU Jianli
( YinGe Industrial Investment Co., Ltd , Henan Luohe 462000)

Abstract:Simens PC7 control system process,relative to XDPS-400 of Xinhua in hardware configuration, software programming ,network configuration and other aspects were analyzed. PCS7 have been used as a software development platform .The DCS is composed of industrial computer ,PLC,sensors and final controlling element,while brings economic benefits and social value.

Keywords:screening stage;control system; PCS7

作者简介：