基于西门子PCS控制的多流体自动配料系统
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摘 要：目前多流体智能配料系统在国内外处于起步、发展阶段。随着工业化进程的发展，工业结构的优化，企业对工艺产线的升级改造迫在眉睫。国内的配料系统多以人工操作为主，随着人口红利的消失、劳动力短缺、人员成本的上升，通过自动化、智能化的产线来提升产品质量、提高生产效率、降低生产成本的需求将会呈现井喷之势。
关键词：多流体；自动化；配料
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.144
1 工程概况
精馏车间自动配料项目是某药业公司实现50000吨泛酸钙生产的重点自控项目，采用西门子过程控制系统（PCS）实现工艺流程的自动控制功能，精馏釜和蒸馏塔的工作温度通过开发特定PID模块来实现温度的精确控制，精确度为±1℃。系统关键参数通过传感设备将信号传输到中控室进行集中控制。项目中的主要传感器为磁翻板液位计、热电阻、压力变送器、流量计等，主要执行机构有气动薄膜切断阀、气动薄膜调节阀、转料泵等组成； CPU采用西门子400H系列，组成硬冗余系统，分站采用ET200M系列，接口模块使用IM153-2冗余接口模块；上位机由1台工程师站和2台操作员站组成，此3套上位机同时读取、操作下位机PCS中的数据，实现了不同车间、不同岗位同时读取、操作同一CPU数据的功能。此项目的实施不仅优化了泛酸钙的生产工艺，实现了产量和质量的双提升，而且把操作人员从现场中解放出来，减少了人员编制并提高了生产安全。
2 系统主要功能及优势
2.1 系统主要功能
2.1.1 信号采集远传
通过温度、压力、液位、流量等传感器将测量的结果通过变送器转换为标准信号（4-20ma/PT100）并传送到采集模块，由于现场存在较多的大功率感性设备，信号电缆采用屏蔽电缆，仪表端进行单端接地。
2.1.2 信号处理
信号处理作为控制系统的核心组成部分，获得精确的信号信息是控制系统成功的关键所在，通过软件手段去除干扰因素，根据测试结果将信号进行准确的处理，为控制系统的判断提供坚实的数据支撑。
2.1.3 实时数据采集、显示、记录、报警
通过DCS将信号进行处理后，将工艺流程的各个节点信息和工作状态显示在操作界面上，操作人员可以通过界面显示的信息实时掌握生产的状态，车间管理人员亦可以通过信息判断产品的生产质量、进度等情况
2.1.4 设备状态显示、报警
通过操作画面可以实时显示每个反应釜的温度、液位、压力等参数，当参数超过设定值时将产生报警（操作界面报警和声光报警灯等多种形式）。
2.1.5 系统自诊断功能
通過对控制系统各部分的工作情况进行监测，当系统检测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时，立即进行报警。
2.1.6 阀门开度自动控制
通过PID控制实现阀门开度的自动调节，由于系统所配备的标准模块无法达到现场的使用要求，通过对现有工艺参数的提取、分析，编写特定的控制模块以满足现场控制的需要。
2.2 系统主要优势
控制系统采用集中式的控制结构，主要操作模式为中控室控制和就地辅助控制，系统具有扩展性强、稳定性好、运行速度快、操作简单的优点。系统结构由“上位计算机+PCS系统+流体配料控制阀门+信号采集传感设备”组成。工程师站和操作员站具有不同的操作权限，保证了产品生产的安全性和可靠性。上位系统可以通过软件设计实现整个工艺流程的可视化，最大程度的还原实际的生产情况，进一步的减轻了操作人员的生产压力，提高工作效率。
3 工作原理
系统分为自动控制和手动控制两种控制模式。在自动模式下，现场信号采集设备（热电阻、流量计、液位计、压力变送器等）将采集信号通过输入模块传输到PCS，PCS通过对信号的内部处理将结果反馈给现场的执行机构，整个系统的生产状态将在上位系统实时显示。在手动模式下，操作人员通过手动输入阀门的开关状态和开度来调节现场阀门的工作状态，工作流程为“上位输入阀门状态值-PCS处理状态信息-通过输出模块输出信号-阀门动作”。
3.1 系统组成
（1）上位机：上位机采用研华工控机，配备WINDOWS操作系统，操作软件采用西门子WINCC上位组态软件，该软件稳定性好、可扩展性强、功能强大、同时可以连接多套控制操作系统。冗余软件采用SIMATIC.NET和REDCONNECT软件，用来实现多操作站和冗余控制器的通讯功能，通过以太网与现场PCS进行数据通讯。组态界面依据现有控制系统操作界面编制。
（2）DCS：选用西门子414-5H PCS，主站主要用于现场设备控制，可满足对现代自动化系统在可用性、智能化和分散化方面提出的高要求；分站选用西门子ET200M分站模块，具有对装配和设备进行的开环控制、闭环控制和监视的功能，主要用于现场I/O控制。
（3）触摸屏。触摸屏在部分功能上可以代替上位计算机进行配料流程的显示、配方管理、系统操作等。由于触摸屏存储空间少，不能存储配料数据，没有报表查询、打印等功能。
4 结论
本项目多流体智能配送系统能实时采集并监控到整个生产线的运行状态，管理系统采用的是成熟平台系统，支持SqlServer、Oracle等主流数据库。PCS控制模块采用我公司根据客户现场情况研制的PID模块，该模块能够根据温度的设定值自动改变调节阀的开度来实现温度控制的功能，该控制模块具有较强的扩展性和适用性，可在不同工位、不同物料配置后使用。通过对物料配送的智能化控制，显著地提高了生产效率、降低了人员成本，增强了系统安全性，对企业的新旧动能转换和精益生产打下了坚实的技术基础。
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作者简介：崔维贤（1991-），男，山东嘉祥人，本科，助理工程师，从事电气工程工作。
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