PROFIBUS在氟化工控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　項(xiàng)目簡介
　　隨著自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的不斷提高，現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從集中自動(dòng)化系統(tǒng)向分散自動(dòng)化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移的重大突破?，F(xiàn)場總線技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)，使各種檢測、控制元件或裝置直接分布在總線系統(tǒng)上，大量降低了控制系統(tǒng)的安裝、維護(hù)和運(yùn)行成本。而PROFIBUS由于其高達(dá)12Mbps的總線傳輸技術(shù)，并滿足了從現(xiàn)場層到工廠管理層對網(wǎng)絡(luò)的要求，應(yīng)用面廣,產(chǎn)品多樣，多種行規(guī)保證了不同廠家產(chǎn)品之間的通用性，而成為國際化的開發(fā)式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)（FCS）相比以前的集散控制系統(tǒng)（DCS）具有更加突出的技術(shù)優(yōu)勢:FCS系統(tǒng)節(jié)省了大量安裝費(fèi)用，提高了可靠性和抗干擾能力，增強(qiáng)了控制精度。由于采用了統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品在硬件、軟件、通訊、連接方式等方面互相兼容，使系統(tǒng)具有開放性，對用戶操作、維護(hù)和擴(kuò)展十分有利。因此采用PROFIBUS的DCS和PLC控制系統(tǒng)從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中和分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。
　　近年來我國氟化工工業(yè)發(fā)展迅猛，對生產(chǎn)氟化工基礎(chǔ)原料的工業(yè)技術(shù)和控制設(shè)備提出去更高的要求。美國杜邦公司在氟化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域一直處于國際領(lǐng)先地位,具有幾十年的在氟化工行業(yè)的工藝和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。該公司在江蘇常熟新建立的氟化工工廠采用了最先進(jìn)的控制系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝，采用以PROFIBUS現(xiàn)場總線為主網(wǎng)絡(luò)把DCS和PLC以及驅(qū)動(dòng)控制聯(lián)合成為一個(gè)具有全集成自動(dòng)化理念的先進(jìn)的控制系統(tǒng)構(gòu)架，為企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　控制系統(tǒng)簡介
　　本系統(tǒng)的總控制和監(jiān)視平臺(tái)采用了美國Honeywell公司的DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整套氟化工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行整體控制和監(jiān)視歸檔。上位機(jī)系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器構(gòu)架，服務(wù)器用于保存整個(gè)生產(chǎn)過程的報(bào)警和歸檔數(shù)據(jù)，客戶機(jī)作為操作接口對工藝、分站設(shè)備和現(xiàn)場儀表進(jìn)行操作和監(jiān)視。上位機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)通過100MHz的光纖傳輸快速交換式以太網(wǎng)作為操作員站、工程師站和自動(dòng)化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線，為用戶提供了高水平的通信方案。
　　現(xiàn)場電機(jī)運(yùn)行的控制裝置采用了德國西門子公司的MASTERDRIVE變頻器，良好的矢量控制變頻方案大大提高了對現(xiàn)場裝置的控制精度。變頻器的啟停和轉(zhuǎn)速控制以及變頻器的實(shí)際轉(zhuǎn)速、電流和電機(jī)溫度的狀態(tài)監(jiān)控均是通過PROFIBUS進(jìn)行傳輸，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架為主從結(jié)構(gòu)：DCS作為主站，變頻器作為從站。PROFIBUS的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性極好的保證了DCS和變頻器之間的控制和狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸。
　　緊急停車系統(tǒng)（ESD）是極其重要和關(guān)鍵的設(shè)備，對安全可靠和穩(wěn)定性具有很高的要求。而PLC又是ESD中的最核心控制部件，在綜合考慮和性能、安全和價(jià)格等因素之后，采用了西門子的S7-400H冗余系統(tǒng)，其良好的可靠性和冗余方案保證了緊急停車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在DCS和變頻器以及緊急停車系統(tǒng)之間均采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線來實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)為保證S7-400H冗余系統(tǒng)與DCS的PROFIBUS總線之間通訊時(shí)冗余網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，采用Y-Link和DP/DP耦合器來完美實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖1所示。

基于S7-400H系統(tǒng)的緊急停車控制系統(tǒng)
　　針對氟化工工業(yè)裝置的特殊工藝要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)高可靠性的裝置運(yùn)行和緊急停車系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的部分。該系統(tǒng)核心控制單元PLC采用S7-400H系列，是西門子推出的最新的高端冗余PLC，具有所有西門子S7系列PLC的先進(jìn)性和高可靠性。根據(jù)工藝和可靠性的要求，PLC控制系統(tǒng)采用S7-400H系列模塊做主站，遠(yuǎn)程I/O做從站，PROFIBUS總線來實(shí)現(xiàn)PLC和從站之間的數(shù)據(jù)通訊。同時(shí)為了保證系統(tǒng)的安全性和高可靠性，主站有一個(gè)支持冗余的底板、兩套S7-400H系列電源模塊、CPU模塊和CP443-1以太網(wǎng)通訊組成，從站ET200M同樣采用兩個(gè)IM153接口模塊和I/O模塊組成，兩套CPU和從站ET200M之間采用兩套PROFIBUS現(xiàn)場總線來實(shí)現(xiàn)主從站之間的通訊冗余，由此保證了系統(tǒng)具有極高的可靠性。S7-400H冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。