近幾年我國(guó)的鈦白粉行業(yè)發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)對(duì)高檔鈦白粉的需求不斷的提高。相應(yīng)的對(duì)鈦白粉生產(chǎn)的控制要求也越來(lái)越高。中間二氧化鈦是氯化法鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中間產(chǎn)品，是生產(chǎn)不同用途鈦白粉產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。

　　【摘要】本文介紹了過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7在中間二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用，討論了該控制系統(tǒng)中的硬件配置，控制網(wǎng)絡(luò)和軟件編程等內(nèi)容。通過(guò)這幾年的使用，該控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了模擬儀表無(wú)法完成的復(fù)雜算法及管理功能，而且其性價(jià)比遠(yuǎn)高于模擬系統(tǒng)，特別適合化工工藝過(guò)程控制。

　　【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量最新動(dòng)態(tài)論文,中間二氧化鈦（TiO2）,PCS7冗余控制Profibus

　　引言

　　因此本文采用西門子過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7，使得中間二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)過(guò)程控制平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

　　1工藝簡(jiǎn)介

　　四氯化鈦預(yù)熱后，通過(guò)三氯化鋁發(fā)生器進(jìn)入氧化爐。同時(shí)，氧氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入到氧化爐。在氧化爐里氧氣與四氯化鈦反應(yīng)，生成中間二氧化鈦（TiO2）和尾氣。中間二氧化鈦（TiO2）經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻器冷卻進(jìn)入袋濾器進(jìn)行氣固分離后，進(jìn)入打漿脫氯罐，尾氣返回氯化工序循環(huán)利用。打漿脫氯后的中間二氧化鈦（TiO2）漿料進(jìn)入后處理工序。

　　2硬件配置

　　鑒于氧化系統(tǒng)的重要性，充分考慮系統(tǒng)安全可靠性，采用以S7-400H為主控制器構(gòu)成的PCS7冗余控制方案，中央處理器采用CPU414-4H，I/O處理單元采用ET200M。為了保證系統(tǒng)可靠性，電源和通信采用冗余配置方案，Profibus-DP總線采用PROFIBUS電纜，保證了系統(tǒng)安全等級(jí)需求。采用雙控制器，雙電源模塊。雙通信模塊，對(duì)于系統(tǒng)中的重要監(jiān)視點(diǎn)，采用了冗余AMT硬件。系統(tǒng)有無(wú)擾動(dòng)切換功能。容錯(cuò)型和安全型可滿足供電中斷和故障保護(hù)等特殊要求。

　　3上位機(jī)系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)使用WinCC控制，上位機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)通過(guò)100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接。上位機(jī)由操作站和工程站等主要設(shè)備組成。

　　工控機(jī)采有西門子工業(yè)計(jì)算機(jī)，型號(hào)為西門子RACKPCIL43，配置主流硬件，在穩(wěn)定性，安全性上有很好的保障。

　　4模件配置

　　每個(gè)ET200M分布式I/O站的有源背板總線上插有2個(gè)IM153-2通信接口模塊，分別通過(guò)2條獨(dú)立的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與AS-400中央控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)其中某一個(gè)IM153-2通信接口模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)地切換至另一個(gè)IM153-2通信接口模塊，并可帶電熱插拔更換有故障的通信接口模塊，不會(huì)影響到系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　Profibus提供強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)故障診斷能力，從總線系統(tǒng)的任意一點(diǎn)可通過(guò)Profibus-DP進(jìn)行診斷、編程和控制，可以實(shí)時(shí)精確定位故障發(fā)生點(diǎn)和在線監(jiān)控通訊負(fù)荷，并可通過(guò)人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示。

　　現(xiàn)場(chǎng)的儀表所采集的信號(hào)中模擬量輸入信號(hào)大多為4～20mADC的二線制和四線制信號(hào)，輸出為4～20mADC信號(hào)，部分模擬量信號(hào)通過(guò)安全柵引入。數(shù)字量為干觸點(diǎn)或有源信號(hào)。數(shù)字量的輸出信號(hào)由帶狀態(tài)指示燈和外帶保護(hù)二極管的繼電器送至現(xiàn)場(chǎng)儀表。

　　5控制系統(tǒng)

　　S7-400H按照“熱備份”模式（無(wú)沖擊、出現(xiàn)故障自動(dòng)切換）的活動(dòng)冗余原理運(yùn)行。只要沒(méi)有故障，兩個(gè)子單元都是活動(dòng)的。如果發(fā)生故障，起作用的控制器全面接管過(guò)程控制。為了確保無(wú)沖擊切換和快速可靠地交換資料，需要使用中央控制器連接。

　　冗余自動(dòng)化控制站（AS414-4H）用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理、自動(dòng)閉環(huán)回路控制、電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)控制等系統(tǒng)控制功能。

　　SIMATICPCS7系統(tǒng)具有高度擴(kuò)展能力、強(qiáng)大的綜合通信能力、擴(kuò)展的集成系統(tǒng)功能和易于執(zhí)行的中央和分散結(jié)構(gòu)。AS414-4H更采用了最新的冗余技術(shù)，兩個(gè)CPU之間通過(guò)高速光纖同步專線相連，它可像標(biāo)準(zhǔn)PCS7系統(tǒng)那樣進(jìn)行處理、編程和設(shè)計(jì)。

　　6電源系統(tǒng)

　　電源系統(tǒng)將由24VDC的直流電源構(gòu)成冗余的24VDC供電系統(tǒng)，直流電源都將具有足夠的容量和適當(dāng)?shù)碾妷海�能滿足設(shè)備負(fù)載的要求。任一路電源故障，將會(huì)自動(dòng)切換，以保證任何一路電源的故障均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電。

　　直流電源系統(tǒng)由西門子SITOP電源構(gòu)成冗余的供電系統(tǒng)。

　　7網(wǎng)絡(luò)配置

　　在本系統(tǒng)中采用交換式工業(yè)以太網(wǎng)作為連接操作員站和自動(dòng)化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線。通過(guò)CP-443-1通信處理模塊，將S7-400H連接至工業(yè)以太網(wǎng)的通訊處理器。由于自身具有處理器，從而解除了CPU的通訊任務(wù)并減輕CPU的通信負(fù)載，還有助于另加連接

　　快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議基礎(chǔ)上，將通信速率提高到了100Mbps。由于采用了全雙工并行通信模式，允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通信速率可提高一倍。

　　8軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的組態(tài)軟件為SIMATICManager，所有的組態(tài)工作均在工程師站上完成。系統(tǒng)采用集中的、從上到下的組態(tài)方式，其中包含上位機(jī)的操作員站和工程師站配置、下位機(jī)的CPU設(shè)置、對(duì)應(yīng)的I/O通道建立以及與他們想連接的網(wǎng)絡(luò)配置，具有集中的、友好的人機(jī)界面。過(guò)程控制與監(jiān)視采用圖形化組態(tài)，方便易用。人機(jī)接口部分的組態(tài)軟件是WinCC。

　　9WinCC組態(tài)

　　SIMENSPCS7系統(tǒng)采用了Microsoft的SQL2000作為WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

　　9.1CFC控制

　　CFC是一種簡(jiǎn)潔的圖形組態(tài)工具，主要用于連續(xù)過(guò)程的自動(dòng)化控制的組態(tài)，采用IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)。用CFC運(yùn)行組態(tài)是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。因此，采用CFC可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。

　　9.2順序控制

　　SFC也是一種圖形組態(tài)工具，它也采用了IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)。組態(tài)時(shí)首先畫出順序圖，圖中可選擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)，用大小兩種方塊分別表示步驟（Step）和轉(zhuǎn)移條件（Transition）。因此，可把CFC中的信號(hào)引入SFC中。CFC與SFC的交替使用，可以很方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順控任務(wù)。

　　10應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

　　10.1系統(tǒng)接地

　　每個(gè)PLC柜的屏蔽條和系統(tǒng)地通過(guò)電源電線匯總到一起后接地。PCS7系統(tǒng)的每一個(gè)主要部件，如輸入輸出卡件、卡件安裝機(jī)架、現(xiàn)場(chǎng)接線端子板等均設(shè)有接地端子。接地電阻要求小于4歐姆。

　　10.2ET200M分布式I/O站

　　現(xiàn)場(chǎng)控制站的ET200M分布式I/O站通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與AS-400中央控制器實(shí)現(xiàn)通信，主要功能是采集現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)，通過(guò)ET200M的I/O信號(hào)接口將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量或模擬量信號(hào)傳送至中央控制器（CPU414-4H），同時(shí)將中央控制器發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)送至現(xiàn)場(chǎng)。

　　11結(jié)束語(yǔ)

　　由于采用了自動(dòng)化程度高且安全可靠的PCS7控制系統(tǒng)，使得中間二氧化鈦（TiO2）的生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了較大程度的提高，包括本控制系統(tǒng)在內(nèi)的氯化法集成技術(shù)獲得了省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，為氯化法鈦白粉的生產(chǎn)的自動(dòng)控制技術(shù)積累成熟的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]西門子公司.《PCS7深入淺出》.2005.

　　[2]SIEMENS自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)信息與培訓(xùn).2005.