- 浔之漫智控技术(上海)有限公司
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产品描述
6ES7241-1AA22-0XA0参数说明
一、项目简介
葡三联合站是一个集输油、脱水、污水处理、注水等功能的大型联合站。担负大庆油田七采油厂三、四油矿脱水、成品油外输、脱后污水处理及清、污水回注，日处理液6000多立方米，外输油2300吨，污水处理及回注4000多立方米。工艺上要求从输油、脱水、外输到污水处理及回注全部采用密闭管理。
葡三联合站主要分为：站级主控岗、输油岗、脱水岗、计量岗、注水岗及污水岗。
外来转油站来液进入计量岗计量流量和含水，再由计量岗输向输油岗，然后由输油岗的油离水脱除器等工艺设备进行初步的油、水和气的分离，再将初步净化后的含水油输至脱水岗，在脱水岗的电脱水的作用下进一步油水分离，此时净化后油作为成品油再由输油岗输送至附近的油库。
经过输油岗和脱水岗的工艺设备分离出来水输送至污水岗，进行污水处理，处理后的水再送至注油岗，由注水岗的高压注水电机将水回注到地下，以维持地下压力平衡。
控制岗位设为：输油岗控制管理系统、脱水岗控制管理系统、注水岗控制管理系统、站级主控管理系统和厂级管理系统。
输油岗控制管理系统、脱水岗控制管理系统、注水岗控制管理系统要求对本岗的工艺设备实现自动调节、实时监测、实时报警信息、在线监视修改参数、报表打印归档、记录受控信号的历史趋势曲线、泵的启停时间和运行时间等功能。
站级主控管理系统负责将全站的生产数据，生产状态进行汇总，统一进行生产监控分析。并利用油田局域网将数据上传至厂级管理系统，进而实现全厂生产数据共享。
以往油田联合站各岗之间的控制均是立的，由不同的厂家提供不同的控制设备实现单控制，彼此之间没有任何联系，这样对生产的管理和设备的维护都造成很大不便。
对此针对葡三联合站特点和工艺要求，我们如下自控系统方案：
厂级管理岗、站级主控岗个设工程师站一台，选用SIMATICWINCC和WINCCWebNavigator。输油岗、脱水岗、注水岗各设一个操作员站和一套PLC控制器，上位选用SIMATICWINCC，下位选用S7-300过程自动化控制系统。彼此之间通过PROFIBUSDP现场总线以1.5Mbit/s的速率进行数据通讯。
SIMATICS7300过程自动化控制系统处理器将采集来的信号进行运算转换，处理成相应的温度、压力、流量、液位的信号，并对其进行判断比较，产生报警等逻辑运算功能。并对液位、界面、压力等信号进行PID反馈调节。PROFIBUSDP网络，将数据在整个DP网络享，从而实现全站的数据通讯。
二、控制系统构成
本控制系统主要由3套S7-300和5套上位机构成。
输油岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通过Profibus-DP监控本岗生产运行情况,一套2排机架的CPU314C-2PTP的PLC控制系统负责采制本岗的数据和设备。
某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基本组成如图1—1所示。
采用3台西门子公司的SIMATICS5—115U可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。
操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国Inbbtion公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在bbbbbbS或bbbbbbSNT环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于三代图形技术。
数据通信系统采用SINECL2网，它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNECL2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台PLC之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。
该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
2 PLC及其程序设计
2.1 SIMATICS5-115U硬件组成及编程概要
可编程序控制器SIMATICS5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。
SIMATICS5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
STEP5的大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘法功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时能显现出来。
要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘法功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
2.2 SIMATICS5-115U大型程序的设计
以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块OB1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。
JUFB1(定义PLC1向两台工控机传送的数据)
JUFB2(定义两台工控机向PLC1传送的数据)
JUFB231(完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置)
JUFB232(完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置)
JUFB4(实现自动控制及无扰切换功能)
JUFB3(气动门及电动门控制)
JUFB10(实现模拟量处理功能)
JUFB11(报警处理)
在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量一致。在FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244(发送数据)、FB245(接收数据)，再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块FB20、FB30、FB40，例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面显示时间保持一致的问题，而且FB20内又调用了乘法功能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。FB10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。
3 工控机监控管理软件的设计
工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成，FIX55是一个模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。
(1)系统配置模块(SCU)：它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。Inbbtion公司和三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序，并提供I/O驱动程序开发工具包，供用户开发自己的I/O驱动程序。
(2)数据扫描、报警和控制模块(SAC)：它用来实现现场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换，报警条件判别及实现遥控输出等功能，SAC将处理的现场数据送入实时数据库，或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序，以便实现遥控输出功能。
(3)实时数据库管理模块(DATABASEBUILDER)：它提供以交互方式建立实时数据库和在线显示/修改实时数据库的功能，它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作，主要的是填写变量的标签名，从而将现场数据与数据库中的变量标签一一对应起来，以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性，需要遵循FIX软件的语法要求，其次按照一定的分类标准定义标签名，以便在以后的数据查询及应用中提率。
(4)绘图模块(DRAW)：FIX拥有一个直观的、基于对象的图形化用户接口(GUI)，它简化了图形开发过程。为了建立画面，可以用DRAW提供的工具箱(TOOLBOX)生成某些对象如阀门、泵、记录表等，并定义其动态特性，即对象基于现场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等，例如阀门的开或关、泵的转或停，这些工作可以在一个对话框内完成，主要是将实时数据库中的变量标签与相应对象联系起来，从而使对象状态随着现场数据改变。为了减少图形开发时间，Inbbtion公司还提供了一个常用设备对象的图形库，其中有多种标准图形，可随时粘贴到用户画面中，同时用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中，以方便以后使用。
(5)显示模块(VIEW)：它的主要功能是动态显示由DRAW建立的画面，可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实现监控等，这就是提供给用户的实际操作画面。
4 系统功能
系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能，两者互为热备用方式并列运行。在上位机画面上设有上位机手动、上位机自动、上位机监视3种工作方式，方式之间的切换是无扰动的。
当系统需要由模拟盘监控时，上位机画面选择上位机监视工作方式。此时系统状态由模拟盘M/A转换开关状态决定，M/A置手动，可利用模拟盘按键在模拟盘上进行一对一手动操作。当M/A置自动时，系统可由自动程序实现水处理的自动控制。
当系统需要由上位机监控时，可在上位机画面上选择上位机手动和上位机自动功能。选择上位机手动时，可在上位机画面上实现就地设备的一对一手操。选择上位机自动时，可在上位机画面上进行自动启停控制，自动控制程序与模拟盘自动控制功能相同。
5 结束语
在大中型生产系统中，单机使用可编程控制器的时代已经过去，其与工控机的结合以及计算机网络的应用，大大提高了生产现场的自动化控制水平和管理水平，这是必然的趋势。
不能避免因采用多个数据库导致的成本增加，而将信息层和控制层的紧密结合可以有效地控制和优化产品并提高了运营绩效。将可视性引入工艺流程操作不仅经济而且加简单。
采用混合控制系统的构想，可以紧密地把信息层和控制层结合
现在，GEFanuc推出的ProficyProcessSystems，一个采用混合控制系统构想的系统，是一个既拥有集散控制系统的强大动力和能又具有可编程逻辑控制器的灵活性、开放性和价格优势的自动化控制系统。通过将Proficy软件固有的分层结构置入过程控制系统，使得产品的优化，分析及生产管理的层次加简单清晰。
与GEFanuc公司携手解决过程控制的需求可使您在当今竞争激烈的经济中占有一席之地：
·成效。运用GEFanuc的过程解决方案，您可以改善系统性能、提高产量并降低总体成本。
·经验。作为过程技术的长期者，GEFanuc的服务团队与其所拥有的合格系统集成商网络共同致力于提供特定行业、特定应用领域所的经验以适合您的业务的解决方案。
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在过程自动化控制发展初期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统（DCSs）或者可编程逻辑控制器（PLCs）。尽管功能相似，两者却有很大的不同，各有其优缺点。后，不管选择哪一个，您总是要付出一定的代价。集散控制系统
集散控制系统是一个对过程系统各方面进行控制的精细、单一的微处理器网络系统。
通常这些系统非常复杂和昂贵，并且使用专有的硬件和软件,包括控制语言，因此，只有其制造商才能为其提供售后服务和技术支持。一旦系统安装使用，很难适应随时间而产生的工艺要求的变化。但是它们能够处理大、复杂的过程处理，使得它们被主要用于连续的过程工业,例如能源电力、石油和气、水和污水处理以及纸浆和造纸等连续过程工业。
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器（或称为PLCs）是一种小型但运行速度很快的计算机，用于控制诸如过程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程。其取代了过去每次改工艺流程或产品后手动重新布线的硬接线继电器，克服了以往继电器耗费高且效率低的缺陷。使用PLC后，您仅需对其重新编程即可完成整个操作。实际上早期的PLC使用的是能反映继电器电路图的梯形逻辑（Ladde
rlogic）语言，因此传统的工程师能够很容易地读懂他们。
DCS系统是刻板的,PLC系统却很灵活。DCS系统是大型、自封闭的系统，而PLC系统则是模块化、可伸缩的系统，从而能够为中小型的过程处理尤其是诸如食品饮料、人员以及生命科学等批量和离散生产部门的工艺系统提供上佳的解决方案。因为采用模块化组件，所以PLC系统通常较，至少在工程初期如此。但是，当工程师把所有组件构造成系统后，其价位可能与DCS相差无几甚至有时过DCS。
混合型控制系统的构想
在过去十年中，历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统”的领域，在此领域他们可以尝试把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及位结合起来。为此，DCS公司已经减少其系统所占用的空间，而PLC公司则已开始集成其组件以制造完善的系统。
但是尽管许多尝试已获得商业上的成功，这些“混合型系统”却永远不能达到混合控制系统的初构想。例如，DCS混合控制系统就无法制造足够模块化的系统以供OEMs和终客户使用，也不能提供足够的可伸缩性和灵活性来处理大小不同的应用规模。此外，高速顺序控制或离散量处理的速度（有时以几十毫秒计）对于DCS混合控制系统来说是太快而难于调节，从而使得包装、金属锻压或简单的马达控制很难实现甚至无法控制。因此，存在批量、连续及离散环境的混合工业或者要求高速顺控的大型连续加工工厂仍需要另一个控制系统用于其离散领域，从而产生了许多额外开销、集成问题、培训和维修费用增加等问题。而许多尝试开发混合控制系统的历史悠久的PLC系统无法提供真正的系统性能，缺少系统服务,例如不能统一定义变量和系统报警/事件管理等。
不论是来自传统的DCS技术还是PLC技术，大多数此类系统不能与信息层紧密集成为一体。
在FCS中，智能仪器仪表代替传统仪表，控制功能下放分散到现场，PLC的作用将被取代吗？是否定的。PLC是一种面向工业现场的控制装置，它的特点为：（1）高性和抗扰能力，可适应恶劣的工业现场环境。（2）I／O模块化，智能化，方便组合和扩充。（3）操编程方便。（4）完善的监视和诊断功能。我们应该看到PLC的直观、简单、价格低、易维护、高性等特点，并且现在的PLC不再是原来只能实现开关量控制和PID调节等功能的PLC，随着模糊控制、神经元网络、遗传算法等学科的日益成熟，PLC可以而且已经不断融合这些及其他的技术，佼控制、通信等功能不断增强，现在，模糊控制功能已植入到了PLC内，产品已经投放到了市场，控制功能加强大。再者，在FCS中，PLC作为FCS中的一个节点，可完成现场的一些复杂控制功能，使它不会受到FCS发展的影响而被淘汰，所以不管是在FC3中还是在DC3中，PLC还会在系统中作为一个重要的角色存在，而且发展前景将加广阔。
6、结语
现场总线代表了一种有突破意义的新的控制思想，它开辟了控制领域的一个新时代。FCS是工控领域发展的主流，DC3在很长时期内仍具有旺盛的生命力，而PLC通过不断的发展，将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。作为终用户，希望的是选用顺应当前技术发展潮流，系统投入、运行，性高，管理维护容易，结构简单，易扩充和具有高度系统集成主动权的控制系统。
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