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    1.概述

    低壓電氣開關(guān)或控制系統(tǒng)是各種生產(chǎn)裝置及配套電氣設(shè)備的重要組成部分，它們連接或隔離低壓電網(wǎng)的元件并控制運(yùn)行的電氣設(shè)備，因此其性能的好壞在很大程度上制約著生產(chǎn)裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時各配電及傳動裝置的特點(diǎn)也要求，在發(fā)生工藝故障時，能夠及時可靠的動作，防止生產(chǎn)事故的擴(kuò)大。但長期以來，電氣作業(yè)、保護(hù)定值整定、設(shè)備監(jiān)視和故障報警診斷，一直停留在設(shè)備陳舊、人工處理的落后水平上，無法滿足日益發(fā)展的工藝技術(shù)和科學(xué)管理的要求。為此，迫切需要一種電氣自動化解決方案。隨著以計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)為代表的3C技術(shù)的飛速發(fā)展，使這一理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。低壓自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，使電氣專業(yè)從根本上實(shí)現(xiàn)了工藝管理、過程控制和故障診斷的科學(xué)化和準(zhǔn)確化。

    “12萬噸離子膜燒堿裝置”是錦化投資8億元新建的“九五”工程項(xiàng)目，全套工藝技術(shù)和設(shè)備均由日本旭硝子公司提供。電氣部分國內(nèi)配套，但由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)要求較高，因此，我們將低壓系統(tǒng)自動化技術(shù)引入到電氣控制上來，設(shè)計并完成了國內(nèi)第一套低壓自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制方案。通過微機(jī)系統(tǒng)將電氣元件與過程控制PLC裝置有機(jī)地融為一體，使運(yùn)行人員在中央控制室就可完成電氣開關(guān)和控制裝置的遙控、遙測、故障報警、定值修改和后臺編程等工作，從而與儀表專業(yè)的DCS集散系統(tǒng)一起，構(gòu)成了一套完整的現(xiàn)代化工藝控制體系，真正實(shí)現(xiàn)了裝置生產(chǎn)過程的自動化。

    2 整體方案

    本裝置共有低壓配電室四個，各種大容量低壓開關(guān)11臺，分別控制著整流電解、氯氫處理、循環(huán)冷凍和鹽水精制等工序的循環(huán)泵、冷凍機(jī)、氫壓機(jī)及氯壓機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備200多臺。另外，電氣專業(yè)還負(fù)責(zé)原鹽貯運(yùn)工藝的PLC自動化貯鹽控制系統(tǒng)――S7-300，該系統(tǒng)由電源、CPU、A/I、A/O、D/I、D/O模塊、及觸摸屏組成。要實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜系統(tǒng)的過程控制，單純依靠智能開關(guān)和現(xiàn)場監(jiān)控是無法辦到的，必須依靠現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和可靠的低壓系統(tǒng)自動化軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)將傳統(tǒng)的智能元件與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，才能夠真正實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理。

    低壓自動化系統(tǒng)的智能元件不僅要連接不同的自動化部件，還要提供一個共同的軟件環(huán)境，使所有部件和任務(wù)集成為一個系統(tǒng)。經(jīng)過與有關(guān)公司的交流，最終我們選中了西門子公司的3WN6智能低壓斷路器、S7-300 PLC和低壓系統(tǒng)自動化軟件。

    3WN6低壓智能斷路器是低壓系統(tǒng)自動化的核心，它不僅具備普通開關(guān)的過流、短路、欠壓和過壓保護(hù)，而且在本體單片機(jī)的控制下，可通過液晶屏幕，現(xiàn)場完成參數(shù)設(shè)定、顯示動作報警和故障記錄等功能。所有工序的配電及控制任務(wù)均由3WN6開關(guān)來完成。另外，SIMATIC S7-300 PLC系統(tǒng)本身就是一套完整的自動化控制裝置，它體積雖小，但功能強(qiáng)大，在CPU及STEP 7軟件的控制下，280多個A/I、A/O、D/I和D/O輸入輸出點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)原鹽貯運(yùn)工序從卸車、上鹽、自動輪倉貯鹽到下鹽等全部工序的電氣控制自動化。通過先進(jìn)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)PROFIBUS，利用一條通訊電纜――屏蔽雙絞線以及RS485通訊端口，將3WN6低壓智能斷路器的DP/3WN6通訊端口和S7-300 PLC系統(tǒng)的MPI通訊端口有機(jī)地融為一體，在后臺計算機(jī)軟件的集中統(tǒng)一管理下，完成整個氯堿裝置的低壓系統(tǒng)自動化控制。

    3 系統(tǒng)配置

    （1）后臺控制用計算機(jī)

    微型工業(yè)控制計算機(jī) 1臺

    （2）西門子3WN6低壓斷路器

    400V/3200A 2臺
    400V/1600A 2臺
    400V/1250A 5臺
    400V/1000A 2臺

    （3）通訊接口

    DP/3WN6專用 11臺

    （4）網(wǎng)卡

    CP5412 1塊

    （5）系統(tǒng)軟件

    SIMATIC WinCC 1套
    Win3WN6 1套
    SICAM LCC 1套
    SIMATIC STEP 7、Protool

    （6）PLC可編程序控制器

    S7-300 1套

    4.自動化裝置及系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能

    （1）3WN6低壓智能斷路器的特點(diǎn)：

    3WN6是一種經(jīng)濟(jì)型低壓智能斷路器，它采用了模塊化的工程設(shè)計，使得通訊、保護(hù)和測量等功能更為穩(wěn)定可靠，而且拆卸和維修方便，所有開關(guān)功能均可在線進(jìn)行數(shù)字化編輯。聯(lián)網(wǎng)后，可以方便地實(shí)現(xiàn)遙測、遙控功能以及快速故障診斷，還可遠(yuǎn)方修改定值和進(jìn)行能量控制。因而避免了不必要的維護(hù)檢查，減少了生產(chǎn)裝置的停車時間。

    （2）PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)

    正常生產(chǎn)時，S7-300系統(tǒng)由原鹽控制室的操作人員通過控制機(jī)柜上的觸摸屏模擬流程和觸摸按鈕，即可清楚掌握原鹽工序的工藝流程、物料流動及設(shè)備運(yùn)行情況，并可自動或手動觸摸控制設(shè)備的開/停，方便檢修和事故處理。聯(lián)網(wǎng)后，可以實(shí)現(xiàn)后臺在線組態(tài)、現(xiàn)場監(jiān)控和遠(yuǎn)動控制功能。

    （3）自動化軟件的特點(diǎn)

    西門子工業(yè)軟件在全世界為自動化項(xiàng)目開創(chuàng)了先例。本裝置應(yīng)用了適用于全集成自動化的監(jiān)控級應(yīng)用軟件――SIMATICWinCC、低壓斷路器控制軟件――WinCC、SICAM LCC、S7-300 PLC產(chǎn)品的組態(tài)、編程和項(xiàng)目管理軟件――SIMATIC STEP 及觸摸屏面板編程軟件――Protool。

    全部軟件均采用當(dāng)今世界上最穩(wěn)定的WINDOWS 98或NT操作平臺，為真32位字長的多線程、多用戶、多任務(wù)系統(tǒng)軟件。在已確定的硬件范圍內(nèi)，用戶可在線修改各種系統(tǒng)變量、控制參數(shù)和進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。

    SIMATIC WinCC與其它軟件包不同，它支持均衡的多處理器系統(tǒng)，使用戶的應(yīng)用能夠充分發(fā)揮多處理器系統(tǒng)的全部優(yōu)勢，同時為現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用提供了與對象相關(guān)的圖形編輯器、報警存檔和信息編輯器、變量存檔編輯器、變量標(biāo)簽管理器等系統(tǒng)工具，具有連通性、開放性、硬件實(shí)用性和管理安全性等顯著特點(diǎn)。

    Win3WN6軟件提供了對3WN6斷路器從控制到監(jiān)控的所有功能。Win3WN6通過PROFIBUS―DP與斷路器進(jìn)行通訊，可以方便地觀察斷路器的運(yùn)行狀態(tài)和脫扣信號、對斷路器進(jìn)行（可加密碼保護(hù)）、觀察運(yùn)行參數(shù)（如相電流）以及方便地設(shè)定保護(hù)參數(shù)（可加密碼保護(hù)）。

    SICAM LCC為低壓系統(tǒng)的可視化編程軟件，用戶可方便快捷地創(chuàng)建3WN6斷路器的可視化操作界面，顯示電氣系統(tǒng)的電路圖及重要信息、測量值或計算值的顯示和分析、顯示電流、電壓曲線、遙控設(shè)備的分/合，事故報警列表及打印等。

    SIMATIC STEP 7具有功能塊圖（FBD）和梯形圖（LADDER）等編程語言，擁有豐富的指令集，無論編程設(shè)備直接連接在CPU的MPI接口或經(jīng)過PROFIBUS的以太網(wǎng)編程，均簡潔、方便、易用；集成的測試和診斷功能確保在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，技術(shù)人員能迅速做出反應(yīng)。

    ProTool軟件很容易開發(fā)屏幕應(yīng)用程序、繪制現(xiàn)場控制按鈕中心的電氣系統(tǒng)原理圖，進(jìn)行觸摸屏的工藝流程圖編輯、執(zhí)行被控對象的開/停車控制、以及現(xiàn)場的單機(jī)離線調(diào)試等。

    （4）整個系統(tǒng)的主要功能及性能指標(biāo)

    系統(tǒng)裝置聯(lián)網(wǎng)后，運(yùn)行人員在后臺微機(jī)上即可掌握各配電室現(xiàn)場低壓開關(guān)的分/合情況，動態(tài)顯示電壓、電流的波動，隨時記錄事件和報警信息，掌握整套氯堿裝置的運(yùn)行狀況。

    由于采用了多CPU的硬件結(jié)構(gòu)，因而整個系統(tǒng)的實(shí)時性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)變化響應(yīng)的速度較快，系統(tǒng)SOE分辨率≤2ms遙信變位≤2s，遙控過程完成≤6s，畫面響應(yīng)1～3s；另外,事件報警、越限事件、報警順序顯示、歷史曲線、運(yùn)行報表查詢和強(qiáng)大的打印功能等，為日常生產(chǎn)管理和事故分析提供了極大的方便。

    5 工程實(shí)踐

    錦化氯堿裝置的低壓自動化系統(tǒng)在開關(guān)廠和西門子公司的技術(shù)支持下，在先期完成了PLC系統(tǒng)的調(diào)試和投產(chǎn)后，僅用一個月就完成了全部自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)安裝和后臺軟件的調(diào)試工作。該系統(tǒng)自2002年9月份全面投運(yùn)以來，一直運(yùn)行穩(wěn)定，取得了傳統(tǒng)電力控制模式所無法實(shí)現(xiàn)的控制效果。在多起工藝事故停車過程中，所有電氣裝置均快速準(zhǔn)確動作，并自動記錄開關(guān)動作狀態(tài)、時間和順序，與DCS監(jiān)控系統(tǒng)一起，為工藝專業(yè)及時查找故障原因，恢復(fù)裝置開車，提供了科學(xué)的依據(jù)。它不但使工人從繁瑣的手工作業(yè)中解放出來，降低了各種人為事故的發(fā)生率，而且使系統(tǒng)維護(hù)及故障維修變得容易、迅速，從而真正實(shí)現(xiàn)了低壓電氣管理的科學(xué)化，受到廣大運(yùn)行維護(hù)和技術(shù)人員的好評。