6ES7212-1AB23-0XB8接线图形引言在钢铁厂污水排放中，水中含有大量的废渣和油，如果将废渣和油从水中分离出来后，水就可以进行第二次利用，提出的废渣还可以送到下一个工序进一步将里面的铁提炼出来，这样就大大地节约了水资源，又防止了环境污染;利用GLM-8型行架式刮油刮渣机是对钢铁厂污水处理方法中的一种。下面将对该污水处理系统做简要论述。一、工艺流程GLM-8型行架式刮油刮渣机主要由驱动机构、行架、刮油耙，刮渣耙、自动控制系统、定位器组成。沉淀在平流池池底的泥渣在刮渣耙的带动下，逆水由平流池出水尾端向进水首端行驶，将泥渣带入首端的集泥坑，刮渣机行到首端时，自动控制系统指导抬落耙机构的电动推杆进行工作，由于刮油耙和刮渣采用联动，当刮泥耙抬出250mm高度时，刮油耙自动下降250mm，刮油刮渣机实行反向行驶，将浮在平流池上的油由平流池首端向尾端推动，将油刮入设在尾端的集油槽内排出平流池。从而实现一次全过程工作，刮油刮渣还可根据平流池的沉降过程进行半程工作两到叁次再进行一次全程工作，具体运行轨迹见图一，该系统可以根据需要通过面板上的选择开关选择三种运行轨迹，图一中只画了一个周期。图一：运行轨迹图自动控制系统设有现场手动、自动和远程控制接口。当刮油刮渣机出现故障时，设备现场声报警装置进行报警，并通过信号通信系统将信号送到中控室报警。设备的输电系统采用电缆输入电源和信号控制电缆输出信号，电缆在运行过程中悬挂在空中的电缆滑车上，电缆滑车在行架式刮油刮渣机的带动下沿着滑车轨道进行往返工作。当设备的自动控制系统出现失控时，刮油刮渣机行驶到端头而不能实行反程工作时，可通过设在首尾两端的限位控制装置切断电源，如上述系统全部失控时，设在首尾端的车挡强制将设备控制在限位范围内，从而控制了设备出轨等事故的发生。二、控制系统说明3.1硬件说明该控制系统所用的中央处理器为西门子公司的CPU224 AC/DC继电器输出。S7-200系列是一种可编程逻辑控制器（Micro PLC）。它可以控制多种多样的自动化工业的应用，它紧凑的设计，低廉的价格，以及强大的指令，使得S7-200控制器可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的自动化问题时，具有很强的适应性，该控制系统所用的是S7-200系列，不过也可通过该模块上的 PROFIBUS-DP接口，通过现场总线将该小系统组态到大系统中。该系统中的CPU224的I/O分配如下表：控制系统原理框图见图二。图二: 控制系统原理框图3.2软件说明该控制系统软件采用西门子公司的STEP7-MICRO/WIN32的软件编写，PLC控制系统使用功能控制语言，可用多种方法，如梯形图（Ladder）、语句表（STL）、功能图块（FBD）进行设计，软件开发、调试和维护采用多种方法，可有效利用软件资源。该系统主要用到了子程序调用指令，在主程序中根据用户需要对三种运行轨迹的三个子程序进行调用，从而让刮油刮渣机在不同的条件下运行不同的轨迹。每一种运行轨迹都是通过软件完成，充分利用了计数、定时等指令，程序流程图如下（图三）：三、应用效果该控制系统从安装调试成功后，于2001年8月通过甘肃酒钢集团的验收。目前控制系统运行稳定可靠，且操作简单、直观；可实现远距离维护功能，从而减轻了维护强度，故障处理更方便、快速。、生活供电，原用的配电盘系统功能简单、自动化程度不高、控制方式落后，对供电局实现无人值守变电站和配网自动化带来很多不变，也不能时刻保证城区电网供电的电源质量。因此，2005年5月对该配电盘进行了设备改造，改造以西门子公司的S7—200PLC做控制中心，TP270做监控操作中心，其它配电设备和监测设备均采用国外厂家产品。 新的配电盘通过电压监测模块监测1、2号变电站站用变压器的供电情况，由PLC控制ATS开关（Automatic Transfer Switch）进行自动投切和互投操作，馈线监测模块将馈线装置的状态、动作及多种电能参数进行监控，确保变电站的各辅助系统稳定运行，所有装置的操作、运行情况和电能参数通过PLC在TP270上得以体现和记录，并通过RS-485或LAN将各种信号传送到供电调度中心和集控中心，以便及时进行供电调度和设备检修。 设备改造中使用了西门子公司的224XP-CPU、TP270人机界面、EM221数字量输入模块、EM222数字量输出模块和CP243-1以太网通讯模块。图1 企业照片图2系统结构图 名 称型 号数 量备 注PLC224XP1AC/DC/R/Port×2DIEM221×84DC24VDOEM222×82DC24VCP243-11HMITP270110寸电压监测模块GKR-022多功能监测模块DIRIS AP1馈线开关状态监测模块OF40DC24V隔离开关CD630A2ATSMICRO1电动操作馈电开关NS200A2馈电开关NS125A6馈电开关C65/63A28电源模块24V/2.5A1编程软件MicroWin4.01编程软件ProTools/Pro6.01表1 系统配置表图3应用中的画面 应用S7-200PLC升级过后的变电站站用配电盘（智能配电屏），改变了以前电能数据采集麻烦、运行方式单一、必须现场手动操作等问题，现在除了保留必须的手动操作方式外，根据运行方式PLC能控制ATS开关任意切换在电源I或II上运行，当运行电源进线失压时，另一电源进线能可靠自投或恢复，同时可进行远程操作，解决了目前ATS产品控制投切不准确，操作方式单一和远程控制的问题。改造以前的配电盘上有着各种电能仪表，现在只需一块多功能仪表就能完成电压、电流、频率、有功功率、无功功率等各种电能参数的监测、采集和数据分析，还有谐波分析、模拟量和报警输出等功能。站用配电屏还能监控每一馈电回路的电流和工作状态，整个配电盘的任何一个动作、操作和故障报警都及时显示并储存在TP270上，通过MODBUS总线可以把这些数据传到附近的控制中心，也可以通过以太网将数据传到数公里之外的调度中心，以便于进行更好的运行维护和管理。 在设计过程中大的问题就是如何将智能仪表的数据通过S7-200PLC读到TP270上。本系统中的智能仪表用的是MODBUS_RUT协议，只能做从站使用，也就是说S7-200PLC必须做主站去读取仪表的数据，在现行的资料中只有S7——200PLC做MODBUS从站的资料，要S7-200PLC做主站就只有自己编写用自由口做MODBUS主站的程序，由于仪表提供的数据较多且数据地址分散，再加上要求每秒刷新一次，还要做数据的CRC校验，编写这样的通讯程序是有一定难度的，如果逐一地址的编写程序，那么程序就会过长，会影响总循环时间，不但做不到1秒钟刷新一次，可能还会引起端口发送、接收冲突和CRC校验出错，经过反复的研究实验，后在程序中采用了用计数器来轮询地址的方法，从而减少了程序量和总循环时间。部分程序如下：（OB1主要功能为初始化端口为自由口，初始化发送和接收的数据格式，设定轮询时间，轮询和中断连接；SBR5和SBR6做发送和接收数据的CRC校验，CRC检验主要通过字节异或循环，移位循环和公式异或做发送数据的CRC校验；中断1为接收数据；中断2对接收CRC校验结果验证）OB1LD SM0.1 初始化端口MOVB 16#09, SMB30MOVB 16#9C, SMB87MOVW +150, SMW92MOVW +0, SMW90MOVB 50, SMB94LD SM0.1 初始化发送数据MOVB 16#08, VB2100MOVB 16#05, VB2101MOVB 16#03, VB2102MOVB 16#03, VB2103MOVB 16#0, VB2104MOVB 16#0, VB2105MOVB 16#02, VB2106LD SM0.1 初始化接收数据MOVB 16#09, VB1200MOVB 16#05, VB1201MOVB 16#03, VB1202MOVB 16#04, VB1203LD SM0.0 设定轮询时间AN T96TON T32, +150LD SM0.0A T32TON T96, +150LD T32EULD C1CTU C1, 16#10LD SM0.0AW= 16#0, C1EUMOVW 16#0300, VW2103 发送轮询数据CALL CRC:SBR5XMT VB2100, 0LD SM0.0AW= 16#1, C1EUMOVW 16#0302, VW2103CALL CRC:SBR5XMT VB2100, 0LD SM0.0AW= 16#02, C1EUMOVW 16#0304, VW2103CALL CRC:SBR5XMT VB2100, 0…… ……LD SM0.7 中断连接ATCH INT_0:INT0, 9ATCH INT_1:INT1, 23ENISRB6（SBR5同SBR6）LD Always_On:SM0.0 读出数据长度 ，初始化CRC字MOVB VB1200, VB1301MOVW VW1300, VW1302-I 16#02, VW1302MOVW 16#FFFF, VW1306MOVD &VB1200, VD1400FOR VW1304, 16#1, VW1302LD Always_On:SM0.0 字节异或循环+D 16#1, VD1400MOVB ＊VD1400, VB1410XORB VB1410, VB1307FOR VW1310, 16#1, 16#08LD Always_On:SM0.0 移位循环MOVW VW1306, VW1420SRW VW1306, 1LD SM1.1 公式异或XORW 16#A001, VW1306NEXTNEXTLD Always_On:SM0.0 CRC16字传递MOVB VB1307, VB1100MOVB VB1306, VB1101INT1LD Always_On:SM0.0RCV VB2200, 0INT2LD SM86.7O SM86.6O SM86.0CRETILD Always_On:SM0.0MOVD VD2204, VD1204LD Always_On:SM0.0CALL CRC16:SBR6LDW VW1100, VW2208CRETILDW= 16#0, C1MOVD VD2204, VD2500LDW= 16#1, C1MOVD VD2204, VD2504一. 项目背景 大化肥行业具有工艺流程长、复杂，且属易燃、易爆危险装置，对安全要求极高的特点。安全联锁采用独立于控制系统的ESD系统显得十分必要。ESD系统是适用于高温、高压、易燃、易爆等连续性生产装置的安全保护系统。当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。 达州市大竹玖源化工有限公司40万吨/年合成氨、45万吨/年尿素项目以天然气为原料，采用蒸汽转化法生产合成氨技术。合成氨装置由Farmland工厂天然气转化部分和Cytec工厂合成氨装置的其他部分组合而成。两厂均采用Kellogg工艺技术。项目工艺装置均为易燃易爆、高度危险、连续生产的重要化工装置，这就要求必须配置先进的、高可靠的设备，配置能充分满足大化肥装置及机组的紧急停车和安全联锁的ESD系统。基于此考虑，其选用了GE公司的 90-70 GMR表决系统。 二.GE的90-70 GMR解决方案简介 美国GE FANUC公司的GMR（Genius Modular Redundancy）三重化冗余控制系统是基于GE Fanuc公司的90-70PLC以及先进的智能化输入/输出模块（Genius I/O）构成的具有国际先进水平的三重化表决控制系统。此系统包含三个独立的90-70PLC以及运行在每个单独系统中的诊断程序。通过三选二的表决，系统为用户提供了高可靠性和无误差操作。还包含了输入子系统及输出子系统。输入输出子系统由智能的、可组态的Genius I/O模块组成，每个模块都有微处理器并提供通讯诊断功能，同时对输出和输入通道有电子保护功能，而且模拟量、开关量等所有模块都可以用在同一总线中。传感器信号被引入到隔离的Genius输入模块，设置在独立机架中，各自独立的CPU从每条Genius总线上接受这些输入信号并对这些信号进行表决，然后，三个CPU中的每一个CPU通过三重化的Genius I/O总线将逻辑状态结果送至输出子系统，Genius输出模块对三重化的输出数据进行表决，然后送至负载。 该系统具有如下特点： ·容错功能（Fault Tolerant） ·失败安全（Fail Safe） ·高等级自检及诊断检测 ·应用灵活性，可组态逐点冗余使之可以根据指定的应用要求配置自己的硬件系统 ·Genius I/O加速系统的开车进程，不须长距离拉线 ·支持中央控制和分布控制系统 ·消除保险，减低了平均修复时间（MTTR） ·故障识别到点级，进一步降低了平均修复时间（MTTR） ·基于20ms的扫描时间 ·支持三选二、二选二、二选一以及单机系统配置 1、 输入子系统的配置 由于输入子系统可以灵活配置，工艺信号的引入可以是单信号、双信号或是三个信号。信号可以引入单个输入模块也可以到三个模块，供PLC CPU主机进行表决，表决结果送给输出模块组再表决后输出。在该项目的设计中采用了两重化输入方式，一个现场输入信号通过端子排分配到两个独立的输入模块IC660BBD020，每个模块连接到单独的 Genius 总线BELDEN9182。 2、输出子系统的配置 GE GMR输出子系统包括四模块“H”型、二模块“I”型和二模块“T”型的模块组配置，可根据项目成本、项目规模等综合考虑选用输出子系统的配置。输出模块组对从CPU来的输出进行表决，将表决结果输出到负载。基于所有设备的可靠性和可用性 ，采用了“T”型输出配置。每一个现场输出是由两个源型（Source）模块IC660BRD020并联接在负载的一端，负载的另一端接地。这种结构即是失败安全（Fail Safe）的又是容错(Fault Tolerant)的。配置如下图所示。 3、Genius 总线BELDEN9182 整个系统的配置中，共有两条Genius总线BELDEN9182贯穿所有的DI/DO模块，每条总线的具体接线如下图所示。 4、外配成套部分 根据信号传输、隔离、转换、分离的需要, 而且，现场仪表信号电缆需先经过过渡端子柜后再接到SIS系统的I/O卡上，因此对于上述系统，还需设置一定的辅助柜SIS1-SIS4(4个辅助柜)，其中，SIS1柜为系统电源柜和90-70PLC机架柜，配置2个9槽机架。SIS2-SIS4为Genius DI、DO模块配置柜，另外，还有3台特制操作台，用于安装选择开关、按钮、闪光报警器等。 三.基于合成氨、尿素工艺的控制方案 在化肥厂的中／大型化肥生产装置中，压缩机组作为大型的转动设备得到了大量应用。并且作为核心装置，是生产的关键装置。所以透平压缩机组的联锁控制，是保证整个化肥装置安全生产运行的关键。此项目中压缩机控制包括了天然气压缩机联锁、空气压缩机101-J联锁、合成气压缩机103-J联锁、氨压缩机105-J联锁、CO2压缩机C-101联锁。 其他工段控制方案包括了： l 高低温变换工段联锁 l 脱碳工段联锁 l 甲烷化工段联锁 l 工艺空气停车系统联锁 l 引风机联锁 l 送风机联锁 l 一段炉燃料安全系统联锁 l 辅锅燃料安全系统联锁 l 开工加热炉燃烧安全联锁 l 原料气停车系统联锁 l 厂级事故停车联锁 其中厂级事故联锁停车作为整条工艺流程安全生产的保障，显的尤为重要。四.总结与展望 ESD系统作为整个化肥生产工艺装置安全联锁的核心控制系统，其可靠性和稳定性直接影响着全厂的生产安全。 GE 90-70 GMR系统提供从输入到CPU控制器以及输出的各种组合，符合IEC61508标准并可达到和获得TÜV AK1~AK6/IEC SIL1~SIL3等级认证。其在达州玖源4045大化肥项目装置上成功应用，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失，为工厂安全生产保驾护航。
