学文网摘要：针对制氧生产监控点较分散、控制回路较多的特点，采用SIEMENS PCS7控制系统，实现了生产过程的集中控制。采用CFC编程语言实现过程参数的监控和调节，采用SFC编程语言实现纯化的顺序控制，采用LAD编程语言实现联锁逻辑控制。经实践证明，该系统取得了良好的效果。
关 键 词：PCS7；SFC；制氧；纯化
1.引言
制氧是钢铁、冶金、化工等行业的重要环节，是后续生产的燃料之源。制氧生产的稳定对企业非常重要，同时对制氧生产控制系统的可靠性和稳定性也有非常的要求。针对制氧生产中的监控点较分散、控制回路较多的特点，本文采用SIEMENS PCS7控制系统，实现了生产过程的集中控制。
2.工艺概述
制氧工艺的基本流程可分为：过滤、压缩、预冷、纯化、制冷、分馏、输送。
原料空气首先经“空气过滤器”除去灰尘及其它机械杂质；过滤后的空气再经“空气压缩机”进行升压；升压后空气温度会升高，需再经“预冷系统”降温；降温后的空气再经“纯化系统”除去水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质；得到纯化的空气再经“膨胀机”制冷；利用气体冷凝点的不同，制冷后的低温空气经“分馏塔”分离出氧气和氮气；氧气经液氧泵加压送往用户或液氧贮槽；氮气从分馏塔引出，一部分作为分子筛吸附的再生气体，一部分作为冷源冷却循环水，一部分作为废气放空。
3.PCS7简介
SIMATIC PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软件、硬件、网络技术，在西门子S5，S7系列可编程控制器的基础上，面向所有过程控制应用场合开发的先进过程控制系统。PCS7 过程控制系统是全集成自动化（ TIA）的核心部件，为生产、过程和综合工业中所有领域实现统一的、符合客户要求的自动化的平台[1]。
从公司管理层直到现场层的统一通讯基于国际标准（例如，工业以太网或PROFIBUS）并支持经由互联网的全球化信息流。由于所涉及的硬件和软件组件也使用这些通讯机制，因此不管是跨系统还是跨越不同的网络，连接配置都极为容易。采用PROFIBUS现场总线实现现场数据的采集、对现场设备及执行机构的控制，通讯速率可达12Mbps，采用工业以太网实现工程师站、操作员站与控制器的通讯，通讯速率可达100Mbps[2]。
工程师站具有统一的协同工具，从而降低了组态费用。可从中央项目管理器（SIMATIC Manager）中调用应用软件、硬件和通讯功能的工程工具。它还包括用于项目的创建、管理、保存和归档的基本应用程序。支持多种编程语言，满足不同的使用需求。可直至CFC（连续功能***）、SFC（顺序功能***）、LAD（梯形***）、FBD（功能***）、STL（语句表）、SCL（结构控制语言）。
4.硬件配置
针对制氧生产的特点，系统配置如***1所示。系统具有很强的容错功能。冗余控制器414-4H具有ms级的冗余切换功能，正常运行时，一台CPU处于工作状态，进行信号检测、运
***1 系统配置
算、控制输出，另一台CPU处于热备状态，
当工作的CPU故障时，系统迅速启动热备CPU，保证系统的正常监控。414-4H具有事件同步技术，通过同步光纤，高效可靠的保
证两个CPU程序和数据的一致性。接口模
块IM153-2也具有冗余切换功能，每个ET200M站安装两块IM153-2，一用一备。Profibus总线的末端配置有源终端电阻TER，TER既有终端电阻的功能，充当Profibus总线的一个节点，又有信号放大的功能，放大了衰减的通讯信号，保证了通讯的可靠、稳定。所有模块背板均支持带电插拔，维护人员可以***更换硬件、修改组态。
5.CFC编程
按照生产的实际情况，按照CFC的编程思想合理划分工厂层级，层级划分结构***如***2所示。
***2 工厂层级
6.SFC编程
SFC主要用来编写纯化系统的顺控程序。
纯化系统的主要设备有：2个分子筛、11个
电磁阀、3个调节阀和1个电加热器，流程简***如***3所示。
平时一个分子筛工作，吸附空气中的水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质，另一个分子筛进行再生，去除吸附在分子筛上的水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质。当再生完成后，再生的分子筛自动切换到工作状态，原工作的分子筛自动切换到再生状态。通过阀门的开关可实现分子筛吸附、再生的切换[3]。
***3 纯化系统流程简***
切换周期分为20个时间段；程序启动时，操作人员可以选择从任意时间段开始；每个时间段开始时，程序根据切换周期表打开或关闭阀门、启动或停止电加热器，当设备的状态信号反馈回系统后，程序开始计时，计时时间到达后开始下一个时间段；在规定的时间内如果至少有一个设备的状态信号没有反馈，则系统报警并提示报警原因，此时操作人员需检查设备，排除故障，如果设备的实际状态已
经满足要求，但反馈信号没有送到系统，则操作人员可以“强制计时”；每个时间段的计时时间均可由操作人员根据工况延长或缩短；程序运行时，可由操作人员在任意时刻暂停，暂停后，设备的状态保
持不变，计时停止，此时操作人员可手动控制设备；暂停恢复后，计时时间从暂停前的时间开始累加；调节阀的起始开度和开阀速度可由操作人员根据工况的变化进行修改；程序运行时，电加热器的启停可根据需要投入程序自动控制状态或者手动控制状态；程序停止时，所有阀门关闭、电加热器停止。上位机的控制画面如***4所示。
***4 分子筛切换程序控制画面
7.LAD编程
所有设备（阀门、电机等）的控制均抽象为同类对象，用LAD编写功能块，然后在CFC中调用；所有工艺参数、设备状态的联锁程序也用LAD编写联锁功能块，在CFC中调用。这样既发挥了CFC编程简单的特点，也发挥了LAD处理逻辑功能强大的特点。
8.结语
针对制氧生产的特点，采用SIEMENS PCS7进行系统配置，系统具有稳定的通讯、强大的容错、灵活的***修改功能。SFC编程语言具有强大、灵活的编写顺控的功能，采用SFC编写的纯化系统顺控程序操作简单、设置方便、运行可靠。CFC编程语言和LAD编程语言的结合，很好的适应了过程控制和逻辑控制的特点。系统已在某冶炼厂三期制氧成功投运，运行非常稳定。
参考文献
[1]李国贺.PCS7冗余系统在安徽李楼选矿厂的应用研究[J].广东科技，2014，1（2）：166-167.
[2]王涛，谢剑英，王林.PCS7过程控制系统在干法烟气脱硫中的应用[J].控制工程，2005，12（2）：119-121.
[3]刘银华，陈开瑞.可编程序控制器在分子筛吸附系统中的应用[J].化工自动化及仪表，2002，29（1）：56-58..
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