西门子PCS7在7.63m焦炉生产中的应用 (投稿版)审稿意见加注释(作者修改稿)

1、专家审稿意见：1.文章中一些措辞、标点有不准确之处，建议进行修改完善（作者：已按要求修改）。文章题目建议修改为“西门子PCS7系统/过程控制系统在7.63m焦炉生产中的应用”（ 作者：题目改为“西门子PCS7过程控制系统在7.63m焦炉生产中的应用”）。2.该文对焦炉生产中PCS7控制系统起到的作用进行了详细论述，其篇幅较长，建议调整增加部分焦炉生产工艺方面的介绍。（ 作者：增加工艺部分概述 ，并适当删除部分已有内容，红色字体为修改过的内容）西门子PCS7过程控制系统在7.63m焦炉生产中的应用摘 要：介绍西门子PCS7过程控制系统在某钢铁公司焦化厂7.63m大型焦炉系统中的应用，并对其工艺原理、系统整体结构和网络、自动控制原理及HMI的实现进行简要阐述。本系统成熟稳定，较好的解决了大型焦炉生产过程中数据的采集及管理、复杂的顺序控制及安全联锁、与其它设备之间稳定可靠的通信等控制难点，实现了现场设备的精确、集中监控。 关键词： PCS7 安全 冗余 HMIApplication of Siemens PCS7 Process Control System in 7.63m coke ov

2、en productionAbstract: The article stressed to introduce the Siemens PCS7 process control system in a certain steel company coking department at the application of the 7.63 m coke oven production system. And the process principle, overall structure ， the network system, automatic control and HMI briefly expounds the realization of. The system is mature and stable, a better solution to process large coke production data acquisition and management, stable and reliable communication between the con

3、trol difficulty complex sequence control and safety interlocks, and other equipment, and the field devices precisely , centralized monitoring.Key words: PCS7 safety redundancy HMI0引言随着国内焦化行业对节能、环保等方面要求的不断提高不通顺作者（内容已修改），环保型大容积的焦炉成为了大型焦化厂的必然选择。某钢铁公司焦化厂引进德国先进技术,建造7.63m大型焦炉及其配套设施，采用西门子先进的PCS7 过程控制系统构建其构建？作者（内容已修改）整个焦炉的过程控制系统（以下简称焦炉控制系统）。PCS7过程控制系统具有可靠性高、稳定性好、通讯速率快等优势不通顺，错别字？作者（内容已修改），其集成现场控制、数据采集、设备管理系统等功能为一体。应用该PCS7过程控制系统较好地实现了焦炉生产的正常运行。1工艺概述7.63米焦炉为双联火道，分段加热，废气循环，焦炉煤气下喷、混合煤气侧入、蓄热室分格的复热式超大型焦炉。整个焦炉采

4、用单侧烟道结构，仅在焦侧设有废气瓣和交换设施。焦炉蓄热室分为煤气蓄热室和空气蓄热室，均为分格蓄热室，用焦炉煤气加热时，在地下室用设有孔板的喷嘴调节煤气，孔板调节方便，准确；空气是通过小烟道顶部的金属调节板调节。用低热值混合煤气加热时，煤气和空气均用小烟道顶部的金属调节板调节，使得加热煤气和空气在蓄热室长向上分布合理，均匀。液压交换系统负责整个焦炉的热量控制，其核心设备为液压站，液压油由泵站加压至蓄能器储压，程序控制油路电磁阀的接通与切断从而达到控制油路的目的。液压油推动液压缸，由液压缸的运动带动链条运行，链条通过拉杆连接煤气管道的旋塞和废气瓣，从而实现液压缸驱动整个煤气管路和空气管路循环有序的开闭，保证整个焦炉燃烧室稳定的升温加热和烟道内废气的正常流通。上升管调节系统负责焦炉生产各阶段对炭化室压力的不同要求进行分阶段控制。在炼焦过程中，使炭化室压力维持在一定范围内，可以有效抑制由炼焦过程中生成的荒煤气而引起的炉压变化对炉体的损害；在炼焦结束进行推焦过程时，为避免空气进入集气管产生爆炸危险，须将炭化室与集气管隔离；在装煤时，为防止烟尘外溢对环境造成污染，要实现负压装煤，即实现炭化室压力小

5、于大气压力。放散系统负责紧急情况下，对荒煤气的特殊处理。当煤气鼓风机故障、焦炉大停电或荒煤气疏导系统故障而导致集气管压力居高不下时，荒煤气只能直接排入大气，造成很大污染；荒煤气长时间压力过高又可能导致装煤口、炉门等处冒烟冒火，甚至烧坏焦炉铁件。放散系统可控制现场设备将荒煤气引流点燃，以避免其直接排入大气以减少环境污染。2系统概述西门子 PCS7过程控制系统是西门子公司在TELEPERM系列集散系统和S5、S7系列可编程控制器的基础上，结合其先进电子技术、网络通讯技术、冗余技术、现场总线技术、先进自动控制理论等开发的面向所有过程控制应用场合的新一代过程控制系统1。该项目焦炉控制系统控制站的CPU模块、电源模块、通讯模块等重要硬件为二重化容错冗余结构，保证了系统的整体高可靠性。系统所有西门子模块均可在线更换并具有自诊断的功能。针对项目中一部分重要的联锁点需要较高等级的安全控制，而其它普通I/O点又需要一般性控制的特点，设计中分别采用了西门子故障安全型模块和标准模块与S7-400H系列控制器连接使用,从而实现了较高的性价比。3 系统构成3.1 硬件构成PCS7过程控制系统中SIMATIC产品

6、类型及作用特点：（1）CPU模块：基于事件同步机制的S7-400H 系统的可靠性，确保了系统平均无故障时间在较小的范围内空格？或者改下 作者（已删除空格）。（2）ET200M：冗余的IM153-2将经济性更好的S7-300的I/O模块集成到整个DP系统,选用有源背板总线，可支持模板热插拔而不会导致CPU停机。（3）Y-LINK：将SIMOCODE等单总线从站集成到冗余的DP总线网络中。（4）SIMOCODE :SIMOCODE pro作为一个模块化电机管理模块，集成了电机馈电回路所需要的所有功能，并取代了大部分控制回路，提供了大量的操作、维护、诊断数据，使电机馈电回路的功能更加透明。利用SIMOCODE pro电机管理模块自带的Profibus-DP通信接口，调试人员可方便的将整个电机馈电回路完全集成到一个主自动化系统之中。该项目焦炉控制系统硬件配置,互为冗余的控制器CPU414H，电源模块，以太网通讯模块CP443，冗余Profibus-DP I/O通讯接口模块IM153-2，故障安全型I/O模块SM336/ SM326，以及普通型I/O模块SM321/SM322/ SM331/ S

7、M332，其主要模块配置型号如表1所示。表1 主要卡件配置型号模块名称型号备注电源模块6ES7 407-0KF02-0AA0普通型CPU模块6ES7 414-4HL04-0AB0普通型通讯模块6ES7 443-1EX11-0XE0普通型扩展通讯模块6ES7 443-5DX04-0XE0普通型隔离模块6ES7 195-1KF01-0XA0F型AI模块6ES7 336-1HE00-0AB0F型DO模块6ES7 326-2BF01-0AB0F型DI模块6ES7 326-1RF00-0AB0F型DO模块6ES7 322-1FH00-0AA0普通型DI模块6ES7 321-1FH00-0AA0普通型AO模块6ES7 332-5HF00-0AB0普通型DI模块6ES7 321-1BL00-0AA0普通型D0模块6ES7 322-1BL00-0AA0普通型AI模块6ES7 331-7RD00-0AB0普通型AO模块6ES7 332-5RD00-0AB0普通型上位机部分设置2台工程师站、12台操作员站和6台冗余服务器，工程师站与操作员站配置Dell工控机，服务器配置惠普工业级服务器,工业以太网以西门子

8、工业级交换机进行环网组态等。3.2 软件构成 该项目焦炉控制系统的工程师站和操作员站均采用微软英文版Windows XP作为操作系统，服务器采用Windows 2008 Server作为操作系统，工程师站及服务器安装PCS7 V7.0 及SQL Server 2000数据库，西门子安全系统安装组件有：S7 F Systems V6.0；S7 F SystemsLib V1_3；S7 F ConfigurationPack V5.4 SP1,操作员站安装上位监控组态软件WINCC V6.2，各站均安装西门子授权软件包。4 网络结构和配置焦炉控制系统通过以太网通信处理模块CP443将S7-400H站连接到工业以太网中。整套焦炉控制系统工厂总线配备了ESM和SCALANCE X-200系列西门子工业级交换机以连接各个控制站、工程师站及服务器,其中ESM具有冗余环网管理功能，两种类型的交换机在环网中都可以实现全双工通讯并具有网络自适应功能，使整个工业以太网通讯速率达到100M/S。环形网络的设计使得工厂总线的网络结构的安全性更高，网络任意一点断开不会影响其设备的正常工作。焦炉控制系统的终端总线

9、配备了工业级以太网交换机,用以连接工程师站、服务器及操作员站。终端总线采用C/S架构，操作员站从服务器读写取数据，所有的数据都记录在服务器中，操作员站和服务器互为冗余，如果环形网络中任何一台操作员站或服务器出现故障，备用的操作员站或服务器可实现全部系统监控、操作功能。因此，无论是上位监控系统还是DCS控制系统均实现1:1冗余容错配置，使得整个系统具有较高的可靠性。另外，控制站与各远程I/O站之间采用冗余现场总线PROFIBUS-DP通讯线连接，可保证信号传输的高速和准确性，并具有较好的抗干扰性能，I/O模块均支持带电热插拔，加之部分故障安全型I/O卡的选用，更减小了因系统故障停机而造成的损失。系统硬件配置及网络结构示意图如图1。图1 系统硬件配置及网络结构图5通讯1地面协调PLC系统:地面协调PLC系统通过以太网通信处理器CP443，将其S7-400H站连接到焦炉工业以太网（IE）中，通过焦炉工业以太网和焦炉控制系统建立网络连接，进行数据传输，建立各种联锁关系，保证推焦、装煤动作在安全的情况下进行，从而实现焦炉从装煤、炼焦到出焦的整个生产过程的全自动控制。2 焦炭管家系统: 焦炭管家系统作为焦炉控制系统的二级系统，其服务器通过西门子CP1623通讯网卡，连接到焦炉工业以太网中，焦炭管家系统系统具有强大的数据收集、处理及计算能力。焦炭管家系统通过接收焦炉公辅DCS系统采集的原料煤及生产工艺参数，进行加热优化计算，将计算的结果通过工业以太网通讯传递到焦炉控制系统中，最终实现由焦炉控制系统对焦炉煤气和空气配比、入炉煤气量、燃烧时间等数据的优化控制，实现整个焦炉加热的自动优化调节2。3公辅DCS系统:焦炉控制系统通过工业以太网和焦炉公辅DCS系统建立网络连接，并进

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