PLCS7在苯酐装置切换系统中的应用.pdf

自控及 电器仪表 齐 鲁 石 油 化 工 ，2 0 1 1 ， 3 9 4 3 1 8 3 2 0 Q IL U P E T R O C H E M IC A L T E C H N O L O G Y P L C S 7在苯酐装置切换系统中的应用 李秀芹 中国石化齐鲁分公司烯烃厂， 山东淄博 2 5 5 4 1 1 摘要 针对苯酐装置顺序控制系统原 s 5 1 5 5 H程控器的不足 ， 将其全面升级为能实现冗余、 容错功能的 s 7 4 0 0 H程控器， 解决了因控制系统故障而导致装置停车的隐患。 关键词 P L C 冗余容错切换冷凝器顺控 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 9 8 5 9 2 0 1 1 0 4 0 3 1 8 0 3 1 苯酐装置切换系统概况 1 ． 1 切换系统工艺概况 邻二甲苯与空气中的氧气在反应器中进行氧 化反应， 生成苯酐。从反应器出来的苯酐气体进 入气体冷凝器冷却为 1 6 5℃左右。反应气体分别 从切换 系统 的核心设备 台切换冷凝器 W1 0 5的上部进入其壳程， 管程走冷油， 气相中的 苯酐在翅片上凝华。凝华一定时间后， 将管程改 走 1 9 0 1 9 5 ℃的热油， 将凝华的固体苯酐熔化。 熔融的粗苯酐从切换冷凝器的底部经集流管靠重 力自流入粗苯酐缓冲罐送至精馏单元。不凝气体 通过尾气总管进入气体洗涤塔。最后用冷油冷却 切换冷凝器后再循环以上工作周期。其工艺流程 简图如图 1所示。 空气 邻二 甲 氮气 反应器卜 - ． - 1 气体冷却器 W 1 0 5 Ah IW l O S B h l W1 0 5 Ch I W】 0 5 Dh I W1 0 5 B 苯 尾气 图l 苯酐装置切换系统工艺流程示意 1 ． 2 切换控制系统存在的问题 切换系统采用的 P L C为西门子 s 5系列产 品， 1 9 9 6年投用 ， 已运行 1 3 a 。其中 1个主控器已 出现故障， 另一个在运行中的时钟有较大偏差； 扩 展单元有 1个 风扇经 常报警． 1_工 程师站采用 D O S 5 ． 0 操作系统； 硬盘规格 2 0 0 M B ， 已损坏且无 处购买。2 0 0 8年 6月， 切换系统 P L C中的 1台 C P U损坏， 不能冗余， 剩余的 1 台 C P U一旦出现 问题， 将会造成苯酐装置停车。2 0 0 9年， 切换系 统 P L C多次出现死机现象， 导致切换系统无法进 料， 严重影响苯酐装置的正常生产。 1 ． 3 控制系统改造的措施 切换冷凝器为苯酐装置核心装置。为消除 P L C S 5运行不稳定的隐患， 鉴 于 P L C S 7系列 的 优越性， 2 0 o 9 年 9月将切换系统的 s 5系列 P L C 整机升级为西门子 s 7系列高端机型4 0 0 H。实现 了电源、 控制器、 通讯卡、 输入输 出卡件 1 1 冗余 ， 大大提高系统的可靠性。 2 P L C S 7- 4 0 0 H系统的主要特点 P L C S 7 4 0 0 H系统是西门子的最新一代高 端产品 ， 是可实现硬件热冗余的控制器。具 有极 高的处理速度 、 强大的通讯性能和卓越的 C P U资 源裕量。S 7 4 0 0 H一般 由 2组 s 7 4 o o通过光 纤通信交换数据达到硬件热冗余的功能 ①平滑 的主从切换； ②自动事件同步； ③集成的错误识别 和错误定位功能； ④操作期间可对系统进行修改； ⑤类似标准 C P U的在线编程； ⑥下载程序时只考 虑单个的 C P U ， 程序可自动拷贝到另一个 C P U 中； ⑦c P u修复后自动再进入；⑧运行中所有部 收稿日期 2 0 1 1 0 8 1 8 ； 修回日 期 2 0 1 1 1 l o 4 。 作者简介 李秀芹 1 9 7 2 一 ， 女， 助理工程师。1 9 9 3年毕业 于广东石油学校， 2 0 0 5 年山东省委党校大专函授毕业， 现在 中国石化齐鲁分公 司烯烃厂仪表车间工作。电话 0 5 3 3 7 5 21 6 41 。 第 4 期 李秀芹 ． P L C S 7 在苯酐装置切换系统中的应用 件可更换。 3 P L C s 7在切换系统中的应用 3 ． 1 控制系统的构成 为保证系统的可靠性， 避免因系统故障造成 A 装置全面停车事故的发生， 控制系统采用了电源、 控制器、 通讯卡、 输入输出卡件 1 1 冗余方式。当 运行主站 C P U因软件或硬件故障后， 处于备用站 运行的 C P U立即进行无扰动切换， 并不影响输 出。其系统硬件 1 I 冗余配置图如图2 所示。 序号 代号 名称 标准型号 数量 1 A 冗余CP U t t 件 6 ．E S 7 6 5 6 8 B E 3l 】 CB0 1 2 B 5 3 0 mm I ／ O RACK 6 E71 9 51 GF 30 O XAO 2 3 C ET20 0 M RED 6 E 71 5 3 2AR03 0 XA0 2 4 D 3 2 点DI DC 2 4 V 6 E S 7 3 2 1 1 BL 0 0 0 AA0 1 0 S E 3 2 点DO DC 2 4 V 6 E S 7 3 2 2 l BL O O O AA O 4 6 F 8 点AO 4 2 0 mA 6 E S 7 3 3 2 5 HF 0 0 0 AB0 2 7 G 交换机 2 0 8 0 B A 1 0 2 A A 3 1 C C D D D D E E F D G B C C D D D D E E F D l B 图2 系统硬件配置 3 ． 2 P LC s 7顺控热气阀及油阀的状态 5台切换冷凝器的进出料操作是由时间程序 控制器 K I S A 1 5 1 、 1 6 1 、 1 7 1 、 1 8 1 、 1 9 1 按给定的程序 自动控制的。即对5台冷凝器热气阀的开启与关 闭及冷油和热油的切换实行 自控， 来完成切换冷 凝器 的周期循环 。在正常生产中， 始终有 4台切 换冷凝器处于进料状态， 1 台处于熔融或预冷却 状态。每台切换冷凝器的 1 个操作周期为 2 1 0 m i n 。切换冷凝器为进料状态时 ， 油路切在冷油 回 路上 ， 进料 1 6 8 ra i n后时间程序控制器 K I S A自动 关闭热气阀； 同时将油路切在热油回路上， 经过 3 5 ra i n的热熔后 ， 油路又切入冷油回路 ； 经 7 m i n 预冷 ， 时间程序控制器 K I S A 自动打开热气 阀重 新进料操作， 进入下一个循环。5台切换冷凝器 均由时间程序控制器控制在各 自不同的工作状 态， 周而复始的循环操作。在 自动或手动状态下 某台冷凝器有联锁条件满足时 ， 本台切换冷凝器 灭火氮气阀打开， 同时通人冷油， 导出热油， 并保 证运行在手动状态； 在投 自动过程中， 5台切换冷 凝器没有先后顺序， 系统 自 动识别， 跟踪运行。 P L C控制 5台切换冷凝器的程序周期如图3 所示。 1 68rai n L ’ 一 一 I l I J f ； J f 『 I I I I l { I l I l} } i l I I I [ 二 ] 进料周期1 6 8 rai n [ 丁 皿热熔周期3 5 rai n 目冷却周期7 ra i n 图 3 P L C控制 5台切换冷凝器程序周期 齐鲁石油化工 Q I L U P E T R O C H E MI C A L T E C H N O L O G Y 2 0 1 1 年第 3 9卷 切换冷凝器总压降由 P D R 1 5 5检测， 据压降 波动大小可判断某台切换冷凝器的运行状况。 3 ． 3 P L C联锁控制氮气阀 从切换冷凝器出来的未凝气体温度约为 6 O ℃， 由 T I S A 1 5 3 、 1 6 3 、 1 7 3 、 1 8 3 、 1 9 3检测。如果气 体温度太高， 达到联锁值时， 则意味着切换冷凝器 内部着火， 在这种情况下 K I S A联锁系统将会进 行以下联锁动作 ①关闭热气阀； ②打开灭火氮气 阀； ③将传热油切换到冷进热出进行冷却。 3 ． 4 控制器对液位的控制 从切换冷凝器熔出的粗苯酐， 进入粗苯酐缓 冲罐 B 1 0 9 。当切换冷凝器热熔2 0 2 5 ra in时， 则 由时间程序控制器 K I S A向 B 1 0 9的液位控制阀 L C V 2 3 1 给出排料信号， 向粗苯酐罐送出粗苯酐。 该液位控制阀同时受液位调节器 L I R C A 2 3 1控 制， B 1 0 9的液位降到下限时关闭此阀， L I R A 2 3 1 在 K I S A出现故障时也起到上限控制作用。切换 冷凝器流程控制如图4 所示。 来 自wl 0 4 图4 切换冷凝器系统工艺控制流程示意 另外， P L C通过从 D C S 来的信号， 控制继电 器闭合或断开的状态， 使现场电磁阀失电或带电， 从而控制阀门的开关状态或控制泵的运行与否。 4 s 5升级为 S 7后的效果 1 系统硬件采用 s 7 4 0 0 H切换冗余方式。 即冗余处理器、 冗余通讯方式、 冗余 I ／ O， 保证了 硬件的可靠性。来自切换冷凝器仪表信号大部分 是数字量， 选用 s 7 程控器大大发挥了其运算速度 快、 处理量大、 安全可靠的优势。 2 为保证系统的安全性， 在软件设计方面 设置了较多的安全自锁功能， 安全系数高。在 自 动状态下， 系统实时监测现场阀门状态及阀门动 作时间。若出现阀门动作时间超时、 未有回讯信 号返回、 输出地址损坏等故障， 则自动脱离程序运 行 ， 置冷凝器于安全状态。在手动状态下 ， 阀门的 开启与关闭也存在限制条件， 如系统当前状态、 联 锁条件是否满足等， 在客观上保证了系统运行的 安全性。 5 结语 ‘ 控制系统 s 5升级至 S 7的改造工程于 2 0 0 9 年 9 月中旬完工， 9月底正式投入运行。运行 2 a 来 ， 系统稳定 ， 能准确地对 5台切换冷凝器进行顺 控， 未发生任何故障。充分满足了工艺生产要求， 达到了升级的 目的。 AP P LI CATI ON OF P LC S 7 I N S W I TCHI NG S YS TEM OF P HTHALI C ANHYDRI DE UNI T Li Xi u q i n O l e fin P l a n t o fQ i l u B r a n c h C o ． ， S I N O P E C ， Z i b o S h a n d o n g 2 5 5 4 1 1 下转第 3 2 6页 3 2 6 齐鲁石油化工 Q I L U P E T R O C H E MI C A L T E C H N O L O G Y 2 0 1 1 年第 3 9卷 前达到了较为稳定的运行状态， 给变电站的运行 带了极大的方便。还需注意的是， 在运行维护过 程中， 需要提高运行维护人员的业务水平， 加强分 析问题及处理问题的能力， 以便 A P S 一 2 0 0 0变电 站综合 自 动化系统更好为变电站服务。 参考文献 [ 1 ] 徐立子 ．再论变电站 自动化系统的分析和实施 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ J ] ． 电网技术， 2 0 0 1 9 1 2 1 5 ． 周新彭 ． 变电站综合 自 动化技术应用分析[ J ] ． 水 泥工程 ， 2 0 0 9 1 5 6 5 7 ． 张隽 ． 变电站 自 动化系统建设中的问题[ J ] ． 中小 企业管理与科技， 2 o o 8 1 1 O 一 1 1 ． 韦战生 ．浅析综合自动化技术在变电站的应用及 存在问题[ J ] ． 科技经济市场， 2 0 0 6 1 I 1 6 1 7 ． 王为民， 何庆力， 孙久仓 ． 变电站自动化系统常见 问题[ J ] ． 农村电气化， 2 0 o 9 4 3 1 3 2 ． APP LI C ATI ON OF APS一2 0 0 0 I NTEGRATED AUToML A TI oN S YS TEM OF S UBS TAT I ON I N oLEF I N PLANT W a ng Ya o O l e fi n P l a n t o fQ i l u B r a n c h C o ． ， S I N O P E C， Z i b o S h a n d o n g 2 5 5 4 1 1 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e c u r r e n t s t a t u s o f i n t e g r a t e d a u t o ma t i o n s y s t e m o f s u b ． s t a t i o n i n 0 1 e fi n P l a n t ． P o i n t s f o r a t t e n t i o n a n d ma i n t e n a n c e me a s u r e s w e r e p r o p o s e d d u r i n g t h e r e v a mp o f s u b s t a t i o n wi t h APS一2 0 0 0 i n t e g r a t e d a u t o ma t i o n s y s t e m． Ke y wo r d s s u b s t a t i o n ；A P S一2 0 0 0 i n t e gra t e d a u t o ma t i o n s y s t e m；p r o b l e m a n a l y s i s ；f a u l t t r ea t m e nt 上接 第 3 2 0页 Ab s t r a c t A i me d a t p r o b l e ms o f t h e s e q u e n c e c o n t r o l s y s t e m i n p h t h ali e a n h y d ri d e u n i t ． Th e o rig i n al s 51 5 5 H p r o gra mma b l e c o n t r o l l e r wa s r e p l a c e d b y s 7-4 0 0 H 出 t h e f u n c t i o n o f r e d u n d a n c y a n d f a u l t t o l e r an c e ． P o t e n t i al h a z a r d o f s h u t d o wn c a u s e d b y t h e f a i l u r e o f t h e c o n t r o l s y s t e m wa s a v o i d e d ． Ke y wo r d s P LC；r e d u n d a nc y；f a u l t t o l e r a n c e；s wi t c h i n g c o n d e n s e r ；s e q u e n c e c o n t r o l 欢迎订阅 齐鲁石油化工 齐鲁石油化工 是由中国石化集团齐鲁石油化工公司主管、 中国石化股份公 司齐鲁分公司研究院主办的技术类科 技期刊， 国内外公开发行， 1 9 7 3年创刊。国内统一连续出版物号 C N 3 71 1 4 2 ／ T E ， 国际标准刊号 I S S N 1 0 0 9 9 8 5 9 。广 告经营许可证号 3 7 0 3 0 3 4 0 9 0 0 0 6 。本刊曾多次荣获山东省及中国石化总公 司三等奖。1 9 9 6年加入清华大学及 中国石化 总公司的 中国学术期刊光盘版 ； 2 0 0 1年进入“ 中国期刊方阵” 期刊并荣获“ 山东省十佳科技期刊” 称号； 2 0 0 2年齐鲁 石油化工 荣获第五届全国石油和化工行业优秀科技期刊一等奖并荣获“ 山东省十佳科技期刊” 称号。 主要报道内容 石油炼制、 石油化工、 合成氨与尿素、 氯碱 、 合成橡胶、 合成树脂及加工应用、 精细化工、 机械与设备 等； 兼营广大企业和科研机构的产品和形象广告。 本刊主要栏目 科学研究与技术开发、 工业生产与技术进步、 专论与综述、 机械设备及仪表 自 动化、 环境保护、 分析测 试及信息技术等。 齐鲁石油化工 为季刊， 大 1 6 开， 单价 1 O ． 0 o 元／ 本， 全年定价 4 0 ． 0 0元。需订阅的单位和个人可在半导体杂志社 举办的 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