1.概述

    低壓電氣開(kāi)關(guān)或控制系統是各種生產(chǎn)裝置及配套電氣設備的重要組成部分，它們連接或隔離低壓電網(wǎng)的元件并控制運行的電氣設備，因此其性能的好壞在很大程度上制約著(zhù)生產(chǎn)裝置的連續穩定運行，同時(shí)各配電及傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)也要求，在發(fā)生工藝故障時(shí)，能夠及時(shí)可靠的動(dòng)作，防止生產(chǎn)事故的擴大。但長(cháng)期以來(lái)，電氣作業(yè)、保護定值整定、設備監視和故障報警診斷，一直停留在設備陳舊、人工處理的落后水平上，無(wú)法滿(mǎn)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(dòng)化解決方案。隨著(zhù)以計算機技術(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實(shí)。低壓自動(dòng)化系統的應用，使電氣專(zhuān)業(yè)從根本上實(shí)現了工藝管理、過(guò)程控制和故障診斷的科學(xué)化和準確化。

    “12萬(wàn)噸離子膜燒堿裝置”是錦化投資8億元新建的“九五”工程項目，全套工藝技術(shù)和設備均由日本旭硝子公司提供。電氣部分國內配套，但由于生產(chǎn)工藝復雜、技術(shù)要求較高，因此，我們將低壓系統自動(dòng)化技術(shù)引入到電氣控制上來(lái)，設計并完成了國內第一套低壓自動(dòng)化系統聯(lián)網(wǎng)控制方案。通過(guò)微機系統將電氣元件與過(guò)程控制PLC裝置有機地融為一體，使運行人員在中央控制室就可完成電氣開(kāi)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(zhuān)業(yè)的DCS集散系統一起，構成了一套完整的現代化工藝控制體系，真正實(shí)現了裝置生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

    2 整體方案

    本裝置共有低壓配電室四個(gè)，各種大容量低壓開(kāi)關(guān)11臺，分別控制著(zhù)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、氫壓機及氯壓機等關(guān)鍵設備200多臺。另外，電氣專(zhuān)業(yè)還負責原鹽貯運工藝的PLC自動(dòng)化貯鹽控制系統――S7-300，該系統由電源、CPU、A/I、A/O、D/I、D/O模塊、及觸摸屏組成。要實(shí)現如此復雜系統的過(guò)程控制，單純依靠智能開(kāi)關(guān)和現場(chǎng)監控是無(wú)法辦到的，必須依靠現代網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)和可靠的低壓系統自動(dòng)化軟件，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將傳統的智能元件與微機系統進(jìn)行有效的結合，才能夠真正實(shí)現自動(dòng)化系統的集中統一管理。

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

    3WN6低壓智能斷路器是低壓系統自動(dòng)化的核心，它不僅具備普通開(kāi)關(guān)的過(guò)流、短路、欠壓和過(guò)壓保護，而且在本體單片機的控制下，可通過(guò)液晶屏幕，現場(chǎng)完成參數設定、顯示動(dòng)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(kāi)關(guān)來(lái)完成。另外，SIMATIC S7-300 PLC系統本身就是一套完整的自動(dòng)化控制裝置，它體積雖小，但功能強大，在CPU及STEP 7軟件的控制下，280多個(gè)A/I、A/O、D/I和D/O輸入輸出點(diǎn)協(xié)調工作，實(shí)現原鹽貯運工序從卸車(chē)、上鹽、自動(dòng)輪倉貯鹽到下鹽等全部工序的電氣控制自動(dòng)化。通過(guò)先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)系統PROFIBUS，利用一條通訊電纜――屏蔽雙絞線(xiàn)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系統的MPI通訊端口有機地融為一體，在后臺計算機軟件的集中統一管理下，完成整個(gè)氯堿裝置的低壓系統自動(dòng)化控制。

    3 系統配置

    （1）后臺控制用計算機

    微型工業(yè)控制計算機 1臺

    （2）西門(mén)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(zhuān)用 11臺

    （4）網(wǎng)卡

    CP5412 1塊

    （5）系統軟件

    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(dòng)化裝置及系統的特點(diǎn)和功能

    （1）3WN6低壓智能斷路器的特點(diǎn)：

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

    （2）PLC系統的特點(diǎn)

    正常生產(chǎn)時(shí)，S7-300系統由原鹽控制室的操作人員通過(guò)控制機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(dòng)及設備運行情況，并可自動(dòng)或手動(dòng)觸摸控制設備的開(kāi)/停，方便檢修和事故處理。聯(lián)網(wǎng)后，可以實(shí)現后臺在線(xiàn)組態(tài)、現場(chǎng)監控和遠動(dòng)控制功能。

    （3）自動(dòng)化軟件的特點(diǎn)

    西門(mén)子工業(yè)軟件在全世界為自動(dòng)化項目開(kāi)創(chuàng )了先例。本裝置應用了適用于全集成自動(dòng)化的監控級應用軟件――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。

    全部軟件均采用當今世界上最穩定的WINDOWS 98或NT操作平臺，為真32位字長(cháng)的多線(xiàn)程、多用戶(hù)、多任務(wù)系統軟件。在已確定的硬件范圍內，用戶(hù)可在線(xiàn)修改各種系統變量、控制參數和進(jìn)行系統組態(tài)。

    SIMATIC WinCC與其它軟件包不同，它支持均衡的多處理器系統，使用戶(hù)的應用能夠充分發(fā)揮多處理器系統的全部?jì)?yōu)勢，同時(shí)為現代工業(yè)應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、變量標簽管理器等系統工具，具有連通性、開(kāi)放性、硬件實(shí)用性和管理安全性等顯著(zhù)特點(diǎn)。

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

    SICAM LCC為低壓系統的可視化編程軟件，用戶(hù)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(xiàn)、遙控設備的分/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(yǔ)言，擁有豐富的指令集，無(wú)論編程設備直接連接在CPU的MPI接口或經(jīng)過(guò)PROFIBUS的以太網(wǎng)編程，均簡(jiǎn)潔、方便、易用；集成的測試和診斷功能確保在系統出現問(wèn)題時(shí)，技術(shù)人員能迅速做出反應。

    ProTool軟件很容易開(kāi)發(fā)屏幕應用程序、繪制現場(chǎng)控制按鈕中心的電氣系統原理圖，進(jìn)行觸摸屏的工藝流程圖編輯、執行被控對象的開(kāi)/停車(chē)控制、以及現場(chǎng)的單機離線(xiàn)調試等。

    （4）整個(gè)系統的主要功能及性能指標

    系統裝置聯(lián)網(wǎng)后，運行人員在后臺微機上即可掌握各配電室現場(chǎng)低壓開(kāi)關(guān)的分/合情況，動(dòng)態(tài)顯示電壓、電流的波動(dòng)，隨時(shí)記錄事件和報警信息，掌握整套氯堿裝置的運行狀況。

    由于采用了多CPU的硬件結構，因而整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性較強，數據變化響應的速度較快，系統SOE分辨率≤2ms遙信變位≤2s，遙控過(guò)程完成≤6s，畫(huà)面響應1～3s；另外,事件報警、越限事件、報警順序顯示、歷史曲線(xiàn)、運行報表查詢(xún)和強大的打印功能等，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(dòng)化系統在開(kāi)關(guān)廠(chǎng)和西門(mén)子公司的技術(shù)支持下，在先期完成了PLC系統的調試和投產(chǎn)后，僅用一個(gè)月就完成了全部自動(dòng)化系統的聯(lián)網(wǎng)安裝和后臺軟件的調試工作。該系統自2002年9月份全面投運以來(lái)，一直運行穩定，取得了傳統電力控制模式所無(wú)法實(shí)現的控制效果。在多起工藝事故停車(chē)過(guò)程中，所有電氣裝置均快速準確動(dòng)作，并自動(dòng)記錄開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)、時(shí)間和順序，與DCS監控系統一起，為工藝專(zhuān)業(yè)及時(shí)查找故障原因，恢復裝置開(kāi)車(chē)，提供了科學(xué)的依據。它不但使工人從繁瑣的手工作業(yè)中解放出來(lái)，降低了各種人為事故的發(fā)生率，而且使系統維護及故障維修變得容易、迅速，從而真正實(shí)現了低壓電氣管理的科學(xué)化，受到廣大運行維護和技術(shù)人員的好評。