西门子S7-1500 PLC 在输煤装置的应用
2021-05-21李波
李 波
(中海石油天野化工有限责任公司,内蒙古呼和浩特 010070)
1 项目概述
1.1 背景介绍
天野化工输煤装置当前控制系统采用的是三菱公司的A1S系列PLC,1995 年投用,2000 年增加了上位机显示功能。目前存在以下问题:
(1)PLC 硬件备件停产,公司无库存备件;上位机操作系统为Windows 2000 系统,微软公司已停止服务。
(2)上位机只能显示,无操作功能;系统无报表、趋势记录功能,煤量、煤仓料位采用二次表显示,无报警、逻辑控制功能。
1.2 控制系统方案确定
采用思维导图工具,从硬件、软件、系统功能和工艺操作4个方面进行分析,提出不同的解决措施,通过汇总整理提出以下5 种控制系统改造方案:
(1)采用CENTUM VP DCS 系统,保留原按钮/旋钮操作台,Windows 7 系统操作站。
(2)三菱PLC 系统,保留原按钮/旋钮操作台,Windows 10系统操作站。
(3)西门子S7-300 PLC 系统,保留原按钮/旋钮操作台,Windows 7 系统操作站。
(4)西门子S7-1500 PLC 系统,保留原按钮/旋钮操作台,Windows 10 系统操作站。
(5)施耐德Modicon Quantum PLC 系统,保留原按钮/旋钮操作台,Windows 10 系统操作站。
通过方案实施的技术先进性、经济性、操作习惯的延续性、人员培训成本、系统的可扩展性5 个方面进行评分,可知采用西门子S7-300 和S7-1500 PLC 进行系统改造为最优备选方案。通过西门子S7-300 和S7-1500 的性能对比,决定采用采用西门子S7-1500 PLC 控制系统进行改造。
2 控制系统构成
项目选用了西门子S7-1500 系列的CPU1513-1 作为控制器,组态软件采用的是TIA Portal V14 SP1。项目关键配置清单见表1。
TIA Portal V14 软件由STEP 7 V14 SP1 Professional 和WinCC V14 SP1 Professional 组成,项目使用STEP7 Professional对S7-1500 进行硬件、网络配置和编程组态,使用WinCC Professional 软件实现上位机操作和监控。
3 控制系统功能
控制系统采用PLC、工业显示器,结合电气元件、现场传感器进行系统的总体控制和监视。控制系统采用西门子公司最新出品的西门子S7-1500 系列PLC和DELL T5820 工作站构成,性能稳定可靠,技术先进。控制系统进行了专门的软硬件改造和开发,控制系统总的来说具有3 大功能:
表1 项目关键配置清单
(1)控制功能:PLC 根据现场工况自动控制现场设备启停,如皮带、给煤机、碎煤机等使其达到开车需要的条件;实时监视设备运行状况;同时也可以通过控制室计算机界面手动启停相关设备、修改运行参数。
(2)管理功能:监控软件有控制系统的工艺实时动态图,提供清晰、友善的人机界面。生动形象地反映设备运行过程中的实时数据、实时报警、历史报警、历史数据的存储、显示和查询。操作人员通过计算机监控系统对整个控制系统设备实现运行过程状态监视、数据采集、对生产情况进行了解并指导,实现生产管理自动化。
(3)通信功能:PLC 系统现场控制站,可以连接符合MODBUS 协议的通信卡件,组成分布式控制系统。
4 控制系统的主要显示及控制功能窗口
4.1 控制功能窗口
控制系统的主要显示及控制功能窗口包括“主画面窗口”,“计算机手动操作窗口”功能,“历史曲线窗口”功能和“用户登录窗口”功能。
4.1.1 “主画面窗口”功能
(1)主画面显示输煤机系统设备运行时工艺流程图,并对各种运行参数和实时工况进行数据显示。操作人员对输煤机系统各设备的运行情况能一目了然,能根据实际情况和要求进行相关调度和操作。
(2)画面设备状态定义:①设备状态:绿色表示选中且停止,灰色表示未选中且停止,红色表示运行中;②仪表:仪表数值,显示煤仓料位;③时钟:显示当前时间;④PLC COM:显示显示器与PLC 之间的通信状态。每秒钟累加一个数据,到10 000 时自动回零,如此循环。
4.1.2 “设备操作窗口”功能说明
页面按照设备的分类,排列了各个相关设备的单台启动操作窗口。当屏幕左上方设备操作选择为“计算机”且绿色时,方可操作设备。点击“启动”“停止”按钮即可启停设备。
当上方选择框为灰色时,表示此条件不满足。当上方选择框为绿色时,表示此条件满足。当设备方框中颜色为红色时,表示此设备运行中。
4.1.3 “历史曲线”功能
历史曲线为生产控制、统计、工艺参数的整定、事故、报警追忆提供了可靠的参考数据。
4.2 用户权限管理
控制系统为多用户系统,为了系统的安全,必须制定不同安全级别的用户名称和密码,用户名称和密码级别决定了允许的操作权限。如果操作员进行越限操作,软件将不执行操作。显示器系统涉及到设备启停操作的地方,已经做了特殊处理,需在弹出窗口进行二次确认操作,防止了误操作。
5 控制系统的输煤工作模式
5.1 配电室电气柜手动输煤操作
(1)控制室操作台,主令开关设置成手动。
(2)在配电室电气柜上按启/停按钮操作设备。
5.2 现场操作柱手动输煤操作
(1)控制室操作台,主令开关设置成手动。
(2)在操作柱上按启/停按钮操作设备。
5.3 控制室计算机手动输煤操作
(1)控制室操作台,主令开关设置成手动。
(2)在控制室计算机显示屏上,找到“设备操作选择开关”,应显示“操作台”灰色文字,用鼠标双击此按钮。
(3)显示屏弹出密码输入窗口,键盘输入“111”,然后鼠标点击确定。
(4)再次用鼠标双击“设备操作选择开关”,则开关切换到“计算机”绿色文字状态。
(5)将画面切换到“设备操作”画面,此画面排列有输煤相关的各个设备。
(6)按相应设备的启动或停止按钮,即可操作此设备。
5.4 控制室操作台自动启动输煤操作
(1)控制室操作台,主令开关设置成自动。
(2)操作台选择开关向上,选择A 系统允许(或B 系统允许),此时计算机画面上,A 系统(或B 系统)相应的设备选中变为绿色。
(3)操作台选择开关向上,根据情况,选择转运站允许(或禁止)。此时计算机画面上,地斗给煤机(或1#皮带)相应的设备选中变为绿色。按墙上的电铃,提示现场准备启动设备。
(4)操作台选择开关向上,按下选择A 系统启动按钮(或B系统启动按钮),此时PLC 控制器自动按顺序间隔启动4#皮带、碎煤机A、2#皮带、1#皮带(或5#皮带、碎煤机B、3#皮带、1#皮带)。
(5)1#皮带启动后大约10 s,待计算机屏幕上方文字“可以启动给煤机M-01”变为绿色后,可根据实际情况手动启动给煤机M-01A、M-01B 或M-01C。
(6)M-01 三台给煤机此时可任意切换,但要结合现场情况防止堆料。程序中,每个时刻只允许一台给煤机运行,下一台给煤机启动的同时,前一台给煤机会自动停止。
以上为输煤自动启动过程。全部启动需要30 s。
5.5 控制室操作台自动停止输煤操作
(1)控制室操作台,主令开关设置成自动;输煤完毕,各个设备仍处于运行中,此时按操作台上的红色停止按钮,则PLC 控制器将依照程序,按给煤顺序自动停止相关设备。
(2)自动停止时,PLC 柜内的蜂鸣器发出7 声鸣响提示。
(3)A 系统停止顺序为:M-01,2#皮带,碎煤机A,4#皮带,间隔(2~3)min,全部停止共需要8 min。
(4)B 系统停止顺序为:M-01,3#皮带,碎煤机B,5#皮带,间隔(2~3)min,全部停止共需要8 min。
(5)输煤停机完毕后,为安全起见,可将主令开关设置为中间位置,则手动、自动都将无法操作。
6 结束语
自2019 年10 月系统改造完成以来,该套控制系统运行稳定、可靠性强,能保证化工生产的连续运行,达到了技术改造的目的和要求。