西门子模块6ES7511-1TK01-0AB0安装调试

2.系统介绍

PKS(Process Knowledge System) 是过程知识系统的简称。PKS控制系统是 Honeywell在2002年6月推出的新的中型控制系统。它集合了Plantscape系统组态方便的特点，又集合了TPS控制系统硬件上的优点而推出的一款全新的DCS控制系统。

2.1 本系统框架如下:

在本PKS系统中,含有2个FSC(FAIL SAFE ConTROLLER )机柜,一个PCS机柜.FSC用于火气系统的逻辑关断,PCS柜用于船体状态的监测.系统之间采用FTE(容错以太网连接).含有冗余的两台服务器,和两个监测用的STATION站.

(1).服务器冗余: PKS过程系统的服务器可以冗余配置，以提供更高等级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，从服务器采集数据，并为操作站提供数据服务。主服务器通过冗余网络传送数据库中的所有数据处理信息到从服务器，使得主从服务器之间同步。

(2).网络冗余/交换机冗余: 设备之间用HONEYWELL的容错以太网连接 (即H型,保证有4条通讯路线).

2.2 硬件配置

（1）FSC系统硬件由 Central Part 卡件和I/O卡件两部分组成。

Central Part简称CP,包括CPU、COM(通讯卡)、WD(系统状态监视卡、或称看门狗卡)、DBM(诊断和电池卡)、以及VBD(竖向总线驱动卡)。

I/O卡包括DI卡、DO卡、AI卡、以及AO卡。

Central part卡件和I/O卡件之间的通讯构成如下：

VB连接VBUS（竖向总线），VBUS连接HBD（水平总线驱动卡），HBD连接HBUS（水平总线），HBUS再连接I/O卡件。

柜内还有端子和继电器。

（2）PCS柜硬件配置

由一块FTEB（容错以太网桥）卡、一块C200（控制器）卡、两块CNI（ConTROL NET）卡和I/O组成。

上图为卡件状态监测页。

图中FTEB01：FTEB卡；

PRS021：C200卡；

CCN014：CNI卡；

IAH161：AI卡；

IDD321：DI卡；

ODD321：DO卡；

（3）网络结构

1)以太网（TCP/IP）

传输速率为：100M/10M波特率；

网络节点：server,station,priter(switch,hub)等；

传输介质：双绞线：接头（为RF45，网卡），距离为100m以内；

2) I/O Controlnet

传输速度：5M波特率；

网络节点：PMIO（输入输出卡件）、SIM等；

传输介质：同轴电缆；网络终端需加75Ω电阻；

传输协议：IEEE8023，令牌方式；

2.3软件介绍

（1）control Builder——Control Builder是一种图形化的、面向对象的、基于窗口的工程工具，用于过程系统控制处理器的控制执行环境和应用控制环境的控制策略的设计、组态、和实施。用于组态硬件，如网络、I/O模件、控制器、和现场总线设备，以及组态控制点，如调节控制、设备（马达）控制、逻辑控制、顺序控制和特殊的用户定义的功能等。

（2）QUICK BUilder——QUICK Builder使得用户可以组态第三方的控制器／RTU，以及它们的点、组态操作站和打印机。Quick Builder使用关系数据库引擎，提供筛选数据库的用户显示、多点编辑工具、和直观的窗口风格的用户界面，极大地**了组态效率。关系数据库还捉供用户自定义的域，可以用来设置终止调度，记录接线编号等，同时还提供标准的报表。ExperiOn PKS过程系统数据库的添加和修改均可以在线进行。

（3）HMIWeb Display Builder ——HMIWeb Display Builder是面向对象的，全集成化的用户画面组态工具，用于生成用户专用的显示图形画面。动态显示可以简单地通过鼠标点击迅速生成。系统还提供一个图形库含有如容器、管道、阀门、罐、马达等通用的工厂设备，帮助用户进一步加快图形设计的速度。此外，对于一些多处用到的相似的画面，可以用模板画面的功能减少组态时间。提供的过程对象和调色板功能可以帮助用户快速简便地创建用户对象，并可以带有三维效果。通过使用脚本程序(bbbbbbbb和Jbbbbbb)组件，可以显著地增强图形画面功能，如高速动画、工具提示、操作站程序执行的控制作用等都可以通过脚本程序完成。许多ActiveX的组件类型，如播放声音和视频图像等都可以插入在画面中被调用。

（4）Knowledge Builder——Knowledge Builder,在线的电子资料，采用HTML结构的浏览器阅;内容全面，包括了FSC，PKS等详细的介绍。

2.4 系统开放性

[1> 集成Honeywell的先前产品：TDC2000, TDC3000, Plantscape, S9000,Logix60

[2> 与PLC通讯（如：SIMENSE,AB,ABB）

[3> 与现场总线技术的集成（Profibus-DP, Fieldbus, Modebus,HART等）

[4> 标准化的数据访问程序

[5> AEC：高性能服务器，直接与OPC服务器或客户机进行数据交换。

3．系统应用

系统应用于钻井平台上，主要有船体监测和逻辑关断两部分功能。

船体监测：包括发电机、泥浆池、水泥罐、重晶石罐、海水压载舱、风闸、风机、消防泵、公共设备等的状态监测。

逻辑关断：包括火气系统报警、手动报警等报警所产生的逻辑关断。

主界面：

（1）船体监测

船体监测通过硬点将船体设备的信号接入PCS柜。再通过上位机的画面监测设备的状态。

下面图为发电机和TANK的监测：

（2）逻辑关断：

探头形式如下:

上图中的火探头、烟探头、手动报警、热感探头是由现场探头采集数据，以WORD形式通过MODBUS协议进入FSC内的逻辑系统的。

硫化氢探头、可燃气探头则是硬点接入FSC系统的。

探头根据位置不同，被划分为各个火区，每个火区不同报警对应所关断的设备也不同。

具体的关断如下图所示：

4．结束语

霍尼韦尔的PKS系统，凭借其强大的性能进军了钻井平台制造业，并且取得了一定的成果。它在此行业的发展前景

一、前言：

随着近年来硝酸行业的蓬勃发展，国内很多化工厂都相继上马年产10万吨的双加压法硝酸生产线，而四合一机组就是生产线的心脏。可编程控制器（PLC）以其在操作、控制、效率和精度等各个方面所具有的无法比拟的优点，迅速占领了工业生产中的各个领域，在旋转风机的控制中也占有不可或缺的位置。尤其旋转风机本身具有喘振特性，要求控制系统迅速作出反应，这就更加凸显了PLC控制的优势。这里以硝酸四合一机组的控制为例子，对GE公司的90_70系列PLC在此领域的应用做一个介绍。

二、工艺要求：

硝酸四合一机组由轴流压缩机、NOX压缩机、尾气透平膨胀机、汽轮机、变速箱，和配套辅机，包括润滑调节油站和相关阀门等件组成。硝酸四合一机组中，轴流压缩机、NOX压缩机为耗功设备，尾气透平膨胀机、汽轮机为原动机，共同驱动轴流压缩机、NOX压缩机。轴流压缩机是硝酸工程的原料压缩机，轴流压缩机所压缩的空气与氨混合后进入氧化炉，进行氧化反应，生成的氨氧化合物混和气经废热锅炉进行热交换，然后进行速冷，温度降至60℃，经脱水后进入NOX压缩机，经过压缩的气体进入吸收塔，制成硝酸，从塔顶逸出的尾气经预热、过热后进入膨胀机做功，回收能量，尾气做功后经烟囱排入大气。

自控系统要求检测系统过程参数，计算后对作用到执行机构上，使过程参数符合工艺要求；对各个工艺变量进行实时检测，防止系统由于工况异常而出现事故,特别是当机组出现喘振的趋势，系统要能迅速作出反应，对机组进行控制，防止喘振的发生；当工艺变量异常时，系统能够报警、停车。

三、设计选型：

系统硬件选用美国GE_Fanuc公司的90_70双机热备系统作为PLC主站，VersaMax系列作为系统I/O子站，上位使用DELL工控机，配备20’宽屏液晶显示器。

90_70系列PLC是GE公司推出的针对中等规模PLC控制系统的一系列产品，这里选用其中的IC697CGR772型号，采用96MHZ主频，1M用户内存，特别支持双机热备。双机热备系统中两个PLC主站互为备用。正常工作时其中一个对系统进行控制，另一个作为备用，在主机架出现问题的情况下，无扰切换到备用机架，以保证系统的正常运行，让客户可以从容对问题机架进行维护。

VersaMax系列作为GE的低端产品，主要应用在小型控制系统上，这里选用这个系列的I/O模块产品作为下位的I/O子站，主要是出于成本考虑，其在较低价格的基础上性能能够完全满足客户需求，并且具有结构紧凑、易于安装、兼容性好等优点。

在90_70和VersaMax系列I/O子站之间使用Genius总线进行连接。Genius总线每层局部网络多可以支持31个装置，装置之间大通讯距离为7500英尺，传输速率大为153.6kbps。每个90_70机架上选用2块专门的总线控制模块IC697BEM731,配合下位I/O子站的IC200GBI001，构成冗余Genius总线通讯系统。冗余系统能够在其中一条Genius总线出现故障的时候，保证系统通讯正常，确保生产过程的安全性。

上位工控机特意选择20’宽屏液晶显示器，主要是为了让现场工作人员能够长时间观察系统画面不至过度疲劳。

在90_70控制站和上位工控机之间使用以太网进行连接，控制站上选用专门的以太网通讯模块IC697CMM742，通过交换机，和上位工控机进行数据交换。

由于系统还要和专门的旋转机械检测设备本特利3500系统进行通讯，所以在90_70控制站上还安装了编程协处理器模块IC697PCM711，专门和本特利3500进行数据交换，保证数据的及时、准确。

为了和工艺上的DCS系统进行通讯，系统还在90_70控制站上安装了通讯协处理器模块IC697CMM711，保证通讯畅通。

系统结构见下图

四、设计过程：

目前控制系统普遍采用如下模式：

现场操作人员

PLC通过现场设备读取各种现场数据，通过编制好的程序，进行逻辑判断，传递给现场的设备进行动作。同时现场的操作人员可以通过上位机读取数据、对相关设备进行操作。

其中主要的工作重点，一个是PLC内部程序的编制，要求能完全满足工艺的要求，确保设备安全、稳定的长期运行。另一个就是上位画面的绘制组态，要求能够符合现场工作人员的习惯，操作尽量简洁、明了。

⑴下位机编程：

下位编程使用GE公司的CIMplicity Machine Edition软件（简称ME），它是GE公司开发的让用户可在个人电脑上进行控制程序开发，然后通过以太网或其他方式下载到PLC中的新一代编程软件。其内置大量**、实用的公共编程工具，让用户使用少的时间去学习软件的使用，把更多的精力用于控制程序的开发。

编程过程主要是将下位I/O子站传输上来的各种信号经过变换、计算后，得到我们需要的信号或数据，在此程序中主要包括如下几个方面：

量程变换

在编程过程中，首先将所有模拟量输入信号进行量程变换，使其在上位机显示出实际值。由于现场来的模拟量信号都为4～20mA信号，经过AI模块转换后，对应到相应AI为0～32000的数字值，所以为了得到该信号代表的实际值，需要将该数值除以32000再乘以量程，后加上量程下限，得到实际值。

例如：压力量PI6501量程是0.5MPa~1.5MPa，如果此时输入的模拟信号为16mA，则在PLC中认为该AI为等于24000的一个数值，24000/32000×（1.5-0.5）＋0.5＝1.25MPa，这才是该点的实际值。

机组启动

四合一机组的启动需要满足很多条件，包括润滑油压力、调节油压力、盘车电机解锁、油箱液位、两个防喘阀开度都为大等等，这些条件必须同时满足，才能允许机组启动。

停车连锁

为了整个机组的安全，当某些条件一旦出现，机组必须停车，避免发生事故。比如润滑油压力低、冷凝泵同停、轴振动高、轴位移高、速关油压力低、调节阀过高而转速低等等，这些条件的任意一个都需要使机组停车，而机组的停车操作需要进行诸如关闭速关阀、开防喘阀、开尾透出口阀、关尾透进口阀等一系列操作，这些操作必须及时、准确的达到设计要求。

防喘振

喘振是各类压缩机、鼓风机等大型旋转设备特有的机械现象。一般表现为：快速的**波动、迅速的压力振荡，喘振会导致风机的**和压力极其不稳定。由于喘振同时伴随有反向的轴向推力和反向介质流动，从而造成风机的间隙改变，降低风机的效率，缩短风机的寿命，对风机造成严重危害。

四合一机组共有两个需要喘振调节的设备：NOX压缩机和空气压缩机，他们的控制原理是一样的，只是喘振线的数据不同。当PLC检测到喘振即将发生时，会通过PID算法控制喘振阀进行“快开慢关”的操作，达到防止喘振发生的目的。喘振线和防喘振线都由风机的生产厂家在现场进行试验后提供。

汽轮机热井排水阀、回水阀调节

通过PID计算，对汽轮机排水阀、回水阀开度进行控制，对热井液位进行调节，使其保持在现场工作人员设定的数值。

低压设备控制

控制包括润滑油泵、油加热器、事故油泵、冷凝液泵、盘车电机等设备在内的8个低压控制设备，使其工作状态能够显示在上位画面上，并且在旋钮开关打到自动状态下时，能够在上位机画面上进行相应设备的启停操作。

调节在上位画面上对静叶开度、尾透进口阀、出口阀等设备进行控制。

编程过程力求安全、全面，要尽量全面的考虑可能发生的各种情况，并设计出相应的处理方法，同时尽量使程序简洁，加快运行速度。

⑵上位机画面

上位机画面采用GE公司的iFix3.5，该软件也为GE_Fanuc公司产品，提供了大量实用绘图工具，让上位画面的绘制简单、快捷。PLC与上位画面之间使用以太网进行通讯，保证了通讯质量。画面主要是让操作人员感觉操作简洁、明了、习惯、快捷。一般的操作都可在3次操作内完成。

五、总结

系统自投运以后，一直运行正常，从未因自控系统造成过系统故障停车，保证了产量，也就保证了企业的效益。

此系统的优越性体现在以下几个方面：

速度快，能够满足防喘振对“高速处理”的要求

通过Genius总线和以太网通讯，能够满足“高速通讯”的要求

热备冗余系统保证了系统稳定性，方便在不影响生产的同时对系统进行硬件

易于扩展，同第三方模块的融合