6ES7214-1AF40-0XB0型号介绍

罗克韦尔自动化注册商标为CENTERLINE的智能化MCC（智能化马达控制中心），自1971年开始投入市场。它采用独特的中央母线设计，内嵌**的网络总线DeviceNet，器件上采用罗克韦尔自动化的接触器、马达软启动器、交流变频器和PLC等产品，构成了结构合理、占地面积小、包含各种**的自动控制设备、现场总线控制的完整的自动化系统控制装置。经过二十多年的努力，智能化MCC以其良好的质量以及信誉保障，已被广泛用于冶金、纺织、轻工、石化、电力等厂矿企业以及交通运输和市政建设等行业。在中国西部大开发的重点工程百万吨氯化钾项目中，整个系统全部选用智能化MCC实现所有设备的控制、监测保护以及电力监控等功能。

项目介绍
　　青海盐湖工业集团100万吨氯化钾项目是国家西部大开发项目的第九大项目，该项目在原有年产30万吨的基础上扩大到年产100万吨的规模。北京金奥特曼科技有限责任公司与青海盐湖工业集团公司技术中心，在成功的完成原有10万吨扩大到30万吨的自动化系统的基础上，将罗克韦尔自动化的全方位自动化系统应用到100万吨氯化钾项目中，该项目实现了从110KV供电向下的全部控制功能，系统中使用了近百套电力监控模快、500多面智能MCC柜、上百台变频器和近20套可编程序控制器，是罗克韦尔自动化产品在中国的大规模应用，并与无线网络系统、GPS定位系统一起组成了一个**的工厂自动化系统。
        此系统的一个显著特点是整个系统通过使用了智能化MCC，实现了所有设备的网络控制与监控，也是目前在中国地区内使用罗克韦尔智能化MCC产品数量多、规模大的一个系统。

系统结构
　　氯化钾生产工艺整个过程包括原矿的采集、原矿的输送和由原矿加工成产品几部分。原矿的采集是通过多条水采机组在盐田中不断的采掘，并将采掘到的矿料输送到岸上的泵站；原矿的输送就是将由水采机组采集到的原矿通过多级泵站输送，经过数十公里输送到加工厂；加工厂将源源不断的原矿经过过滤、结晶、并加入化学药剂，经过物理化学过程生产出成品氯化钾。水采机组和加工厂两部分的控制设备全部安装在智能化MCC柜体内。

　　1.水采机组系统
　　水采机组系统包括岸基站、六套水采船和六套活动加压站系统。图1为水采机组系统的总体结构图。

 　　岸基站为水采机组控制系统的中心，包括一台操作员站、一台工程师站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，负责对岸基站设备的控制；操作站、工程师站、可编程序控制器之间使用以太网并通过无线以太网电台与六套水采船通信。六套水采船的控制系统完全一样，每套水采船由6面MCC柜体组成，其柜面分布图如图2所示。

　　上位机包括二台前操作员站、二台后操作员站；下位机由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，占用MCC柜体的两个单元，实现对整个水采船的控制；前后操作员站、可编程序控制器之间使用以太网并通过无线以太网电台向上与岸基站通信，向下通过无线串行电台与活动加压站通信。六台活动加压站的控制系统也完全一样，分别与六条水采船相对应，每套活动加压站系统由4面MCC柜体组成，其柜面分布图如图3所示。

　　活动加压站系统包括一个PanelView 550操作监控站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，实现活动加压站的控制。

　　2.加工厂系统
　　加工厂系统按照工艺过程分成十个子控制系统，包括加工厂1-6号系统、冷结晶1号系统、冷结晶2号系统、干燥车间系统和包装车间系统，图4为加工厂总体结构图。

　　加工厂中心控制室中配备了6台操作员站和1台工程师站，在上一级采用了以太网和DH+网络，在下一级采用DeviceNet网络。加工厂系统中每个子系统中MCC柜的配置与水采机组类似，不再介绍。

　　智能MCC配置
　　系统中所有智能化MCC柜进线电源为交流380V,3相4线制,50赫兹,大允许故障电流为50KA；每个标准柜体尺寸为90”高,20”深，柜体防护等级为NEMA 1标准,等同于IP40标准；每面柜配有水平电缆线槽和垂直电缆线槽(变频柜除外), 使得电缆联结及铺设非常方便。通过DeviceNet总线将智能电动机保护器、智能电动机控制器、交流变频器、PLC、DSA及电力监控模块的等连接起来，实现了总线控制。本系统所设计的MCC主要包括以下几个单元：

　　1）主进线单元
　　主进线单元分别为西屋热磁型断路器,允许故障电流为50KA。配置电子脱扣单元。

　　2）计量单元
　　开关柜内配置罗克韦尔自动化公司新型电力监控数字仪表1404-M5 PM3000数字式计量表,可以同时检测电压,电流,有功,无功,KWH,等等,通过内置DEVICENET网络接口,可将以上电气参数上传至上位机。

　　3）馈电单元
　　所有馈电单元均为西屋公司热磁型断路器, 允许故障电流为65KA。

　　4）电机起动单元
　　柜内所有起动单元通断控制元件均采用西屋HMCP断路器,根据实际负荷及电机满载电流选型配置。热继电器为MCS-E3 电子式智能脱扣保护等级,手动复位。该热继电器直接配装在接触器上，实现电机的控制和保护。E3过载继电器有两个4 开关量输入点, 2个开关量输出点，1个输出触点控制接触器的控制线圈，由操作站通过内置的DeveceNet发出控制指令；E3过载继电器还具有可编程保护功能(报警,跳闸,延时,禁止视窗)，可以保护电机因过载、失相/相间不平衡、堵转(起动/运行)、接地等而引起的故障。

　　5）变频器单元
　　在活动加压站内配置了1 台132KW 1336PLUS-II变频器；1台600KW 1336Impact变频器, 在水采机内配置了3 台132KW  1336PLUS-II变频器；1台ABB 的450KW AS-800变频器,进线均采用刀熔开关,配DeviceNet通讯模件,柜门安装人机操作面板。所有变频器既可以从操作面板进行本地控制，也可在操作站通过DeviceNet实现网络控制；变频器的运行状态也通过DeviceNet显示在操作站上。

 　   6）DEVICE NET网络
  　  MCC柜内置DEVICE NET网络。柜内配置了24VDC， 10A 的DeviceNet电源。通过DeviceNet网络, 可以将所有控制参数反馈至操作站,并将控制指令下达给每个电机控制单元, 使得整个MCC系统成为数字式控制MCC，减少了控制线的接线，对外除了动力电缆, 不需要任何常规控制电缆，从而大大提高了系统的可靠性与稳定性。

　　本系统中通过应用智能MCC，实现了：
　　1）只将动力电缆和一根DeviceNet网线引入MCC柜中，无需控制电缆进入MCC柜中，节省了大量PLC I/O模件；
　　2）MCC抽屉单元控制回路简单标准，复杂的连锁功能只需通过PLC编程实现；
　　3）改变MCC抽屉单元模数或位置非常方便，只需将新抽屉的DeviceNet网线插入垂直线槽内DeviceNet接口即可；
　　4）相同容量及运行方式MCC抽屉单元不存在特殊的控制回路，可以节省大量抽屉备件；
　　5）现场施工任务简单化，减少了控制电缆敷设量及校对工作两，大大降低了故障几率。

结论
　　本系统是成功应用ROCKWELL AUTOMATION 智能化MCC产品的，整个系统共使用了500多面智能MCC柜，全部采用DeviceNet现场总线完成了所有软起动器和变频器等设备的网络控制保护及电力监控,实现了结构合理、控制灵活、性能可靠、操作安全方便。在北京金奥特曼科技有限责任公司与青海盐湖工业集团技术中心的共同设计、设备成套、软件制做、现场安装、调试运行下，其中六套水采机组，装配了六十面MCC柜的十二条船航行在近百平方公里的水面上，近五百面MCC柜排列在加工厂中心控制室中，场面十分壮观，达到了预期的设计效果，取得了良好的经济效益。

　一、前言
　　海洋石油平台上的生产作业具有操作人员少，自动化水平高的特点。在生产过程中，被处理的介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体，并且基于海上采油作业的特殊性，一旦发生问题，海上逃生和海上救援难度均比陆地生产大很多，人员安全、设备安全和环境安全问题显得更为突出。当系统出现异常的工作状况时，快速可靠的用来实现保护功能的紧急关停装置的作用就更加重要。

　　二、概述

　　紧急事故停车(ESD)控制系统的功能是在事故或故障状态下（包括设备事故和控制系统本身发生故障时），使生产能够安全有序的关停并处于安全状态下，从而避免灾难的发生，即避免对生产设备和人员的伤害及对环境的影响等，因而控制系统本身设计必须遵循故障安全（Fail to Safe）的原则，整个系统的硬件和软件的可靠性要求都很高。
　　可编程控制器（PLC）初作为替代传统顺序控制中的继电器控制的产品出现，系统可更改性，可重复使用性能（灵活性）非常强，而且其稳定性及寿命都比较高。近年来PLC系统本身的计算速度、模拟量处理能力、网络功能的增强和相关HMI技术的发展使得PLC系统在工业控制领域具有更广泛的应用空间。

　　三、系统构成

　　本系统控制器选用罗科韦尔自动化PLC-5系列中的PLC-5/40C，处理器通过BCM模块双机热备，正常情况下两台处理器同时工作，主处理器从远程I/O中读写数据并把更新后的中间数据文件通过一条高速数据通道（HSSL）传到从处理器。当主处理器发生故障时从处理器立即接管远程I/O，同时升级为主处理器。

　　系统配置一台作为报警记录、状态显示的操作员站，该操作员站安装Rockwell的HMI组态软件Rsview32和PLC编程软件RSLogix 5。PLC通过冗余的ControlNet网络与该平台上其他PLC以及工作站/服务器进行数据交换，考虑紧急停车系统的独立性和安全性，HMI通过DH+网络直接连接到CPU与处理器进行通讯。为节省空间，操作站直接安装在控制盘上，并通过RJ45接口连接到EtherNet网络打印机，用来打印报警记录和操作记录。

　　另外，对于可能影响到系统其他设备运行的现场信号，系统控制柜上设计安装现场就地盘关停信号的硬旁路（BYPASS）开关，用来当现场信号不稳定或故障检修时屏蔽该信号，使生产不至于中断，同时在系统启动时可以采用启动压缩机建立仪表风和恢复生产。

　　为了更明确的对平台设备运行情况有更直观的了解，系统设立一套盘装报警器，上边罗列整个平台关键设备的报警以及级别比较高的设备关停状态。通过这个报警器，操作人员可以一目了然的知道系统运行过程中设备运行的状况并做出相关处理。

　　系统除了对生产设备进行关停控制外，还特别设计了和广播系统（PA）、水下井口控制系统（ECS）、火焰/可燃气体探测（FIRE/GAS）系统的接口。当火焰/可燃气体探测（FIRE/GAS）系统检测到相关报警并发出关停请求时，ESD系统根据不同请求级别做出相应关停动作，有关火灾报警系统的关停在级别上一般高于其他关停级别。当有系统关停动作或火灾报警系统报警时，触发广播系统提醒相关人员。
　　该系统系统结构见下图：

　　四、ESD系统PLC产品特点：
　　系统采用热备PLC-5/40C15控制系统。该系列的PLC及I/O模块均有UL，CE及美国安全认证 ，有多套稳定地安装运行于油气田各类生产控制系统中，已安全无故障运行多年，其具有如下特点：
  　 PLC-5/40处理器支持梯形图控制逻辑编程，顺序流程功能图编程和结构文本编程方式。 
  　 内置DH+接口可供编程或组成同级通讯网络。内置远程I/O口可以控制远至3公里以外的I/O。 
  　 内置RS-232/422/423 口可用来 编程或ASCII显示，指令系统为指令包括数据文件处理、顺序器、诊断、移位、立即输入输出和程序控制指令等。 
  　 PLC5/40处理器多主程序功能包括处理器输入中断、可编程故障响应和定时中断，工作环境温度 0°C - 60°C, 可电池备份RAM 或 EEPROM 备份。 
  　 换I/O模块时不用断开接线，接线臂随模块发货。
　   I/O模块与交流/直流传感器/执行机构之间有大范围的信号接口，可适合多种应用。 
  　 每个I/O均有发光二极管指示输入/输出状态，便于维护。 
  　 输出模块固态继电器中已有保险丝，可保护模块线路。 
  　 模块上的点数可以有多种配置，大可配置为32点，以使用户得到大的灵活性。

　　操作员站主要功能： 
  　 对PLC程序进行维护 。
　    报警数据的记录与管理，并提供相关报表。 
 　   形象的工艺流程显示各生产设备的运行或关停状态。
　    显示系统关停级别和系统本身运行状态。 
 　   故障记录和信息的查询和管理； 
 　   系统操作的记录和管理，并提供相关报表。 
  　 系统提供动态的因果图（CAUSE & EFFECT）使系统关停产生原因和相关结果一目了然。 
  　  提供完整的权限机制，保证系统操作安全可靠。

        另外，Rockwell自动化为PLC-5系列处理器提供模拟软件EMULATE 5。这样在系统设计并制作完运抵现场前，给我们出厂测试和系统模拟运行提供良好的测试条件，为系统一次投运一次成功打下良好的基础。

　　五、控制逻辑与实现

　　该ESD/PSD系统根据生产环境的不同分为预报警和生产关停（PROCESS SHUTDOWN）、紧急关停（EMERGENCY SHUTDOWN）、火灾/天然气泄露（FIRE/GAS ESD）及放弃平台（ABANDON PLATbbbb）四个关停级别。

　　考虑系统运行安全性和生产环境的特殊性，PLC控制柜放置在中央控制?遥由殖±吹谋ň?/关停信号通过电气压力开关输入到PLC系统中；所有去现场设备的关停信号则输出到现场气动就地控制盘，控制该气动控制盘的供气回路；到电气设备（如压缩机和泵）的关停信号则通过干接点输出到电气控制室（MCC）或作为启动许可直接控制该电气设备的控制回路。

　　为保证系统的运行稳定可靠，整个系统设计时充分考虑故障安全的原则，主要有如下措施：
  　 当仪表风系统压力不足时，现场压力开关信号将不稳定，此时系统紧急关停；
  　 所有输入信号均定义为带电正常，当线路发生故障或连接有问题时触发相关报警和安全保护动作，排除因输入线路或电缆造成的误信号问题带来的事故隐患；
  　 所有系统输出信号均采用常开触点（带电正常），当输出线路故障或系统本身发生故障时触发相关输出，关停该输出点所对应的控制设备。 
　　 PLC系统I/O机架设置为故障时复位，当PLC处理器发生故障时，清除所有输出以关停控制设备。
        报警器的输入信号设定为开路报警，也就是说当系统故障或从现场到PLC或从PLC到报警器的线路发生故障时均能及时的通知并提醒操作人员处理。 
        基于以上几点，整个系统电源发生问题时，能保证所有生产设备能关停到安全状态。

        另外，为了保证系统可靠性所采取的设施还有：
        系统供电采用两路UPS供电电源，当其中一路故障时，自动切换到另外一路。
        系统使用的24V直流电源供电单元采用A-B公司的1605冗余电源，当其中一个电源组件发生故障时，自动切换到另一路而不影响系统的正常运行。
        系统除常规报警外对关键关停信号做记录，当发生意外关停时能准确及时的了解关停的原因，该记录的精度大概为25ms。
        设置完善的故障处理子程序，当扫描或程序运行出现可恢复故障时能及时恢复程序运行不影响正常生产。
        系统采用热备处理器，每个处理器的机架、电源分离。主从处理器通过后备通讯模块交换数据及状态保持同步，当处理器电源故障或处理器本身发生故障时，从处理器将接替主处理器对网络及I/O系统进行控制。

        在从处理器继续控制系统的同时，可更换出错的主处理器。热备系统可自动在<50ms内动态切换到从机接替系统控制，从而提供时间进行不停机维护或修改处理器程序。

        六、结束语
        该工程设计时考虑周全，于投入运行以来运行稳定、安全可靠，得到业主。