西门子全集成自动化技术(TIA)在吉林60万吨/年燃料乙醇项目中的应用

摘要： 　　西门子全集成自动化控制系统PCS7具有过程控制系统的所有特性和功能，过程控制简单而安全、方便信息网络和现场总线及仪表的集成，设计模块化，系统的扩展性强，是企业实现管控一体化的理想集成运行平台 . 关键词： 全集成自动化控制系统PCS7, 管控一体化, 现场总线,WEB服务器 Abstract : This paper introduces siemens total integration automation control system that has all the speciallity and function in the process control field, the process control is simple and safety, it is convenient for the information network, fieldbus and instrument to intergration, it is the perfect intergratin,running flat roof because of mordularization of the Design and the expansibility of the system . Key Words: total integration automation control system PCS7, fieldbus,web-server 一、 项目简介 1.吉林燃料乙醇厂一号生产线年产燃料乙醇30万吨，是目前我国最大的燃料乙醇生产基地。燃料乙醇作为一种新型的节能、环保燃料，将在我国有广大的市场前景。以玉米为原料生产燃料乙醇作为可再生能源，是当前国家着力缓解能源、农业、环境问题的一项战略性举措。吉林60万吨/年燃料乙醇项目作为作为该行业的试点项目，是由中国石油天然气集团公司、吉林粮食集团公司和中国华润总公司共同出资建设，于2001年9月22日开工，2003年9月22日完成一号线30万吨/年燃料乙醇生产装置的投产。 2.全厂生产监控画面

二、 系统介绍 1. 工艺介绍 　　以玉米为原料生产燃料乙醇与联产高蛋白饲料DDGS和精制玉米油，其主要工序包括：玉米的贮存与清选、原料粉碎、玉米脱胚、液化和糖化、发酵和蒸馏、酒糟液的分离和干燥、分离清液的蒸发浓缩、毛油的制取、玉米油的精炼，以及配套的公用工程。 2. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、及控制对象。 DCS •8 sets of AS417H •2 sets of ES •2 sets of OS Server ( Redundancy) •7 sets of OS Client •2 sets of OS Single Station Actual I/O •AI:1678 •AO:460 •DI:2798 •DO:2225 Total:7161 控制对象: •公用工程: 压缩空气系统, 换热站系统,循环水场, 污水场, 净水场. •玉米净化: 火车卸料线和汽车卸料线调度（来自MES）,8个玉米储存筒仓调度 （来自MES）,卸料开车顺序控制,卸料停车顺序控制, 紧急停车逻辑, 玉米筒仓温度监视. •脱胚制浆（01工段）:玉米进料称重计量,玉米浸泡顺序控制,浸泡灌液位及温度 控制,玉米粉碎设备控制. •糖化、液化（02工段）: PH值控制,进料比值控制. •发酵（03工段）: 发酵罐温度控制,发酵罐消泡控制. •辅料配置（04工段）: 硫酸、氢氧化钠、CIP溶液、a-淀粉酶、糖化酶稀释顺序控制 •精馏（05工段）: 精馏塔温差控制,回流罐液位控制,采出物流量控制. 分子筛事件顺 序控制,吸附�卸压�吹扫�充压分子筛负荷控制,分子筛差压控制, 蒸馏工序停车逻辑. •蒸发（06工段）: 顺序加料控制,浓缩工序清洗控制. •酒糟蛋白饲料DDGS（07工段）: •包装称（08工段）: •成品调和、储运: •玉米油: 各工段顺序控制,油品配方控制. 三、 控制系统构成 1. 整个项目中的硬件配置、系统结构；各组成部分选择的依据。 吉林60万吨/年燃料乙醇项目全集成自动化系统控制网络总图及说明如下:

五.基于全集成自动化思想的新一代过程控制系统PCS7 　　随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求, 同时也为工业自动化过程控制系统的发展指明了方向: • 系统之间的横向数据交换日益增加 • 系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加 • 现场总线的应用越来越广泛 • 厂商的产品日益开放，通过OPC、SQL等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现 • 全集成，一体化的解决方案 　　因此，传统的DCS系统已经不能满足90年代自动化过程控制系统的设计标准和要求，SIMATIC PCS7过程控制系统就是在这种形势下开发的新一代过程控制系统，它是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。 　　SIMATIC PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术，在西门子公司S5，S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。 SIMATIC PCS7采用优秀的上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用S7自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。 　　SIMATIC PCS7是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的过程数据库和唯一的数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。 　　SIMATIC PCS7的通讯系统采用的是工业以太网和PROFIBUS现场总线。工业以太网 用于系统站之间的数据通讯，SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。SIMATIC PCS7具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂厂商的控制系统。 　　全集成自动化系统控制网络总图操作员站和服务器采用客户机/服务器结构，客户机与服务器之间通过100MHz以太网通讯。服务器与AS417H自动化系统的CPU之间采用光缆介质连接，通过100MHz的工业以太网来交换数据，该光纤双环网将延伸至公用工程工段，用于与公用工程工段的AS417H自动化系统进行通讯，实现整个PCS7控制系统的通讯。 　　PCS7系统的工程师站同时挂在两个网络上，即连接客户机/服务器的100MHz以太网和连接自动化系统的CPU的100MHz工业以太网。工程师站可以完成控制画面和控制策略的组态。 　　AS417H自动化系统与远程I/O子站的通讯采用PROFIBUS-DP。AS417H通过PROFIBUS-DP的专用双绞线直接与远程I/O子站相连接。其它AS417H将通过冗余的光缆和冗余的接口模块与各自的远程I/O子站进行通讯，满足分散控制系统技术规范书中(1.5工厂及装置简况)提出的要求。 　　公用工程共配置二台操作员站（单独的操作员站，直接与PCS7过程控制系统的系统总线工业以太网相连，配置一台HP5100打印机）、一台控制站（AS417H自动化系统）、以及相应的远程I/O子站。 操作员站与AS417H自动化系统的CPU之间采用光缆介质连接，通过100MHz的工业以太网来交换数据，该光纤双环网将连接至中央控制室，与中央控制室中PCS7的系统总线直接相连，实现整个PCS7控制系统的通讯。 系统所需的I/O点数如下：

防爆区域：储运站、玉米油、蒸馏脱水(05)。下表点数用于统计安全栅点数。

六.生产实时系统 　　生产实时系统采用WinCC MULTI-CLIENT方式，2台连接自备电厂和乙醇装置的服务器 作为WINCC SERVER，和主服务器及调度网相连。一台主服务器作为WinCC CLIENT 并作为WEB SERVER，与办公室标准以太网相连。网络通讯协议采用TCP/IP。在工程师站上进行工艺操作画面、报警画面、历史趋势、报表等功能的组态（这些都是WINCC的基本功能），然后在SERVER和CLIENT上运行组态的项目。由于实时系统的工位号容量为2000个，所以选用64K点的WINCC运行系统。 　　WinCC SERVER完成与DCS之间的数据交换。服务器位于各DCS控制室，由局域网相连， 通过WINDOWS共享机制实现数据共享。为了与WINCC CLIENT通讯, WINCC SERVER端运 行于WINDOWS NT4.0 SERVER或WINDOWS 2000 SERVER操作系统,并安装WinCC 和 WinCC SERVER选件软件包。WINCC SERVER向WINCC CLIENT提供数据。每台SERVER 最多可以带 16台CLIENT站， 在本系统中，连接5台WINCC CLIENT。 WinCC Web Navigator选件包： 　　WinCC可选软件包Web Navigator使用户可以通过Internet、LAN或公司局域网浏览或操作 WinCC过程画面。根据系统需要，设置可以通过WEB浏览生产过程画面的用户，并分配不同的权限，以进一步提高安全性。 软件配置： 1. Server端：WinCC V5 Web Navigator Server 2. Client端：IE Web Navigator Clien 七. 项目中的难点: 1.精馏（05工段）: 精馏塔温差控制,回流罐液位控制,采出物流量控制