基本有机原料技术开发工程化基地催化剂制备项目控制系统的选择和应用

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基本有机原料技术开发工程化基地催化剂制备项目-期工程主要由甲苯歧化催化剂制备装置和苯乙烯催化剂制备装置组成，并有硝酸铵溶液制备、纯水系统、空压站、污水处理站及总体 (公用工程)等辅助单元。由于基本有机原料催化剂生产装置的特点是节拍式间歇生产，工艺流程虽然简单但操作复杂，部分设备操作独立性强而且装置比较分散。为了提高催化剂生产的自动化水平，改变过去作坊式、人工操作的生产模式，该项目控制系统的设计采用集中管理、分散控制”的原则，应用了TURCK现场总线产品；同时为了确保装置控制系统的稳定，采用了西门子 $7-417H的冗余 CPU。通过现场总线技术、工业以太网、冗余热备以及仪表远程集中管理等多项自动化领域的新技术、新思路来提高生产自动化管理水平，从而降低投资成本和今后的运行成本。

1 控制系统的选择和构成基本有机原料催化剂生产装置选用-套 SIE-MENS$7-417H PLC控制系统。甲苯歧化催化剂制备装置，按要求设置两个操作站；苯乙烯催化剂制备装置和公用工程，按要求设置两个操作站(其中-个兼工程师站)。根据装置间地理分布较散、距离中央控制室(CCR)较远的特点，将装置的 I/O就地设置，采用冗余通信光缆将远程 I/O连接在-起，纳入 CCR。甲苯歧化催化剂制备装置的远程 I/O设置在装置的-层到四层楼面非防爆区，苯乙烯催化剂制备装置的远程 I/O设置在纯水站非防爆区的 FAR内，所有公用工程的电气仪表信号都集中引到 FAR内。从甲苯歧化催化剂制备装置到 CCR的光缆长度为 150m，从苯乙烯催化剂制备装置的FAR到 CCR的光缆长度为 200m。

整个控制系统分成 3个层次：监控管理层 、控制层和现场层。监控管理层包含工程师和操作员站，是系统的人机界面，在操作员站上可以监视并操作生产过程。工程师站则可以完成对系统的维护升级∝制层是整个系统 的核心--S7400CPU417-4H控制器，系统内的所有数据、信息、状态都进入该控制器，经过控制器内用户程序运算处理后，送到系统各个相应的位置。现场层指的是设备现场的 I/O站和子控制站，I/O站的作用是采集现场设备的运行状态、参数及控制指令和参数的输出。子控制站-般为成套设备自带的完整 PLC系统，成套设备的运行控制在子控站内完成，但其运行状态和参数要上传到主控制站，设备联锁控制也由主控制站来完成。

以主控制为中心，与现场层和监控层进行数据通信是通过两种网络：PROFIBUS.DP现场总线和工业以太网完成。PROFIBUS-DP用于控制器和现场层的通信，工业以太网用于控制器与监控管理层的通信。

系统还配置仪表管理系统，仪表管理系统安装在工程师站上 ，它 的功能是将现场带有 HART协议的智能仪表集中到工程师站的PDM管理器收稿日期：2012-09-03(修改稿)272 化 工 自 动 化 及 仪 表 第40卷电子拈完 整的信号类型包 括：DI/DO，AI/AO，RTD/TC，RS232/422/485及 SSI等。

系统在甲苯催化剂装置的-楼、二楼、四楼，苯乙烯控制柜间、MCC间及空压站等处设有 I/O从站。BL67产品本可以直接安装在设备旁边，考虑到配电配线的美观整齐，故而将这些 I/O拈集成在现场 I/O柜内。

1.5 其他智能子控制站系统还包含其他诚套设备自带的 PLC系统和智能仪表。PLC系统分别为真空过滤机 3套$7-200、导热油-套 s7-200、焙烧炉两套 s7-300，小车系统两套 S7-200。智能仪表指苯乙烯催化剂制备装置内的5套称重控制器。

2 系统的网络通信网络技术特别是 PROFIBUS-DP现场总线技术的应用是本系统的-大特点，系统由于分为监控、控制、现场，其 网络也采用 了两种 网络结构--工业 以太 网和 PROFIBUS-DP现 场 总线。

系统由于通信距离长，通信站点多，通信可靠性和通信速率要求高，采用光纤作为主要的通信介质。

智能从站的类型比较多、网络部件多，为了提高可靠性，光纤形成了环网。

系统的网络结构包括光纤环网和总线型电气网。光纤环网包括主环网和子环网，主环网为冗余环网，环网上设备包括CPU、5套 Y-LINK。5个Y-LINK有 3个在主控制柜内，两个 FAR远程I/O柜，分别对应甲苯岐化催化剂装置和苯乙烯催化剂装置。

4个光纤子环网分别为：第 l条--Y-LINK-甲苯-层 I/O柜-甲苯两层 I/O柜 ；第 2条--Y.uNK-甲苯两层 I/O箱-甲苯 4层 I/O柜 ；第 3条--Y.LINK-网带 窑-热油 系统-过滤机 M1201-过滤机 M1202-过滤机 1203；第4条--Y.LINK-FAR I/O柜-MCC I/O柜-空压站 I/O柜 。

- 条电气总线网络为：纯水系统-Y-LINK-轨道窑-小车系统-5台称重控制器。

3 经济性分析现场总线技术是替代传统的点对点控制系统的新技术，目前在工厂和流程自动化中得到了广泛应用 ，主要优点如下 ：a。具有较高的性价比，现场总线控制系统节省硬件数量与投资，经济性好，系统综合成本及安装费用减少 40%；b.系统结构高度分散；c.对现撤境的适应性增强 ；d.操作性强与互用性好，能实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实现点对点、-点对多点的数字通信，不同厂家生产的类似的设备可进行互换而实现互用，使系统具有较好的扩展性。

具体项目中，采用传统的电缆点对点方式和总线对比分析情况如下：a.甲苯歧化催化剂装置 I/O点共 1 031点，其中仪表 I/O信号 475点，分布在甲苯歧化装置1～4层7只 I/O站。电气控制 I/0信号 556点，分布在电气 MCC站。各 I/O站采集的现场信号通过光纤环网的形式传到 CCR的控制器。甲苯歧化催化剂装置单体到 CCR电缆敷设距离平均为 190m，以每点信号平均-根 KVVRP2×1.5电缆计 算，相 比常规 点 对 点控 制 可 节 约 电缆90 250m；MCC到 CCR电缆敷设距离为 250m，可节约电缆 139 O00m。采用光纤环网，甲苯歧化催化剂生产装置单体共节约电缆 229 250m。

b.苯乙烯催化剂装置 I/0点共357点，其中仪表 I/O信号 92点，分布在纯水制备装置 FARI/O站。电气控制 I/O信号 265点，分布在电气MCC站。FAR到 CCR电缆敷设距离为 180m，以每点信号平均-根 KVVRP2×1.5电缆计算，可节约电缆 16 560m；MCC到 CCR电缆敷设距离250m，可节约电缆 66 250m。苯乙烯催化剂生产装置单体采用 I/0总线形式后，相比常规的点对点电缆敷设共节约电缆82 810m。

c.空压站及其他公用工程 I/O点共 124点，其中仪表 I/O信号 76点，分布在空压站 I/O站。

电气控制 I/O信号48点，分布在电气 MCC站，空压站到CCR电缆敷设距离为 340m，以每点信号平均-根 KVVRP2×1.5电缆计算，可节约电缆25 840m；MCC到 CCR电缆敷 设距 离平均 为250m，可节约电缆 12 O00m≌压站及其他公用工程装置采用 I/O总线形式后，相比常规的点对点电缆敷设共节约电缆 37 840m。