西门子(TIA)在吉林燃料乙醇项目中的应用

一、 引言 　　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： 四.基于全集成自动化思想的新一代过程控制系统PCS7的简介 　　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。 五.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 　　六. 结论 　　吉林60万吨/年燃料乙醇项目的全集成自动化控制系统(TIA)已在吉林大酒厂得到很好应用,运行结果表明: 　　1. 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. 　　2. 现场总线技术,大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用. 　　3. 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. 　　4. SIMATIC PCS7具有ODBC、DDE、OPC、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。