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    1.概述

    低壓電氣開關或控制系統是各種生產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生產裝置的連續穩定運行，同時各配電及傳動裝置的特點也要求，在發生工藝故障時，能夠及時可靠的動作，防止生產事故的擴大。但長期以來，電氣作業、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，無法滿足日益發展的工藝技術和科學管理的要求。為此，迫切需要一種電氣自動化解決方案。隨著以計算機技術、通訊技術和電子技術為代表的3C技術的飛速發展，使這一理想變為現實。低壓自動化系統的應用，使電氣專業從根本上實現了工藝管理、過程控制和故障診斷的科學化和準確化。

    “12萬噸離子膜燒堿裝置”是錦化投資8億元新建的“九五”工程項目，全套工藝技術和設備均由日本旭硝子公司提供。電氣部分國內配套，但由于生產工藝復雜、技術要求較高，因此，我們將低壓系統自動化技術引入到電氣控制上來，設計并完成了國內第一套低壓自動化系統聯網控制方案。通過微機系統將電氣元件與過程控制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關和控制裝置的遙控、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，真正實現了裝置生產過程的自動化。

    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11臺，分別控制著整流電解、氯氫處理、循環冷凍和鹽水精制等工序的循環泵、冷凍機、氫壓機及氯壓機等關鍵設備200多臺。另外，電氣專業還負責原鹽貯運工藝的PLC自動化貯鹽控制系統――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。要實現如此復雜系統的過程控制，單純依靠智能開關和現場監控是無法辦到的，必須依靠現代網絡通訊技術和可靠的低壓系統自動化軟件，通過工業以太網將傳統的智能元件與微機系統進行有效的結合，才能夠真正實現自動化系統的集中統一管理。

    低壓自動化系統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境，使所有部件和任務集成為一個系統。經過與有關公司的交流，最終我們選中了西門子公司的3WN6智能低壓斷路器、S7-300 PLC和低壓系統自動化軟件。

    3WN6低壓智能斷路器是低壓系統自動化的核心，它不僅具備普通開關的過流、短路、欠壓和過壓保護，而且在本體單片機的控制下，可通過液晶屏幕，現場完成參數設定、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均由3WN6開關來完成。另外，SIMATIC S7-300 PLC系統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輸入輸出點協調工作，實現原鹽貯運工序從卸車、上鹽、自動輪倉貯鹽到下鹽等全部工序的電氣控制自動化。通過先進的現場總線系統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，完成整個氯堿裝置的低壓系統自動化控制。

    3 系統配置

    （1）后臺控制用計算機

    微型工業控制計算機 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.自動化裝置及系統的特點和功能

    （1）3WN6低壓智能斷路器的特點：

    3WN6是一種經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，所有開關功能均可在線進行數字化編輯。聯網后，可以方便地實現遙測、遙控功能以及快速故障診斷，還可遠方修改定值和進行能量控制。因而避免了不必要的維護檢查，減少了生產裝置的停車時間。

    （2）PLC系統的特點

    正常生產時，S7-300系統由原鹽控制室的操作人員通過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、物料流動及設備運行情況，并可自動或手動觸摸控制設備的開/停，方便檢修和事故處理。聯網后，可以實現后臺在線組態、現場監控和遠動控制功能。

    （3）自動化軟件的特點

    西門子工業軟件在全世界為自動化項目開創了先例。本裝置應用了適用于全集成自動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產品的組態、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位字長的多線程、多用戶、多任務系統軟件。在已確定的硬件范圍內，用戶可在線修改各種系統變量、控制參數和進行系統組態。

    SIMATIC WinCC與其它軟件包不同，它支持均衡的多處理器系統，使用戶的應用能夠充分發揮多處理器系統的全部優勢，同時為現代工業應用提供了與對象相關的圖形編輯器、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、開放性、硬件實用性和管理安全性等顯著特點。

    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PROFIBUS―DP與斷路器進行通訊，可以方便地觀察斷路器的運行狀態和脫扣信號、對斷路器進行（可加密碼保護）、觀察運行參數（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，用戶可方便快捷地創建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、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）等編程語言，擁有豐富的指令集，無論編程設備直接連接在CPU的MPI接口或經過PROFIBUS的以太網編程，均簡潔、方便、易用；集成的測試和診斷功能確保在系統出現問題時，技術人員能迅速做出反應。

    ProTool軟件很容易開發屏幕應用程序、繪制現場控制按鈕中心的電氣系統原理圖，進行觸摸屏的工藝流程圖編輯、執行被控對象的開/停車控制、以及現場的單機離線調試等。

    （4）整個系統的主要功能及性能指標

    系統裝置聯網后，運行人員在后臺微機上即可掌握各配電室現場低壓開關的分/合情況，動態顯示電壓、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行狀況。

    由于采用了多CPU的硬件結構，因而整個系統的實時性較強，數據變化響應的速度較快，系統SOE分辨率≤2ms遙信變位≤2s，遙控過程完成≤6s，畫面響應1～3s；另外,事件報警、越限事件、報警順序顯示、歷史曲線、運行報表查詢和強大的打印功能等，為日常生產管理和事故分析提供了極大的方便。

    5 工程實踐

    錦化氯堿裝置的低壓自動化系統在開關廠和西門子公司的技術支持下，在先期完成了PLC系統的調試和投產后，僅用一個月就完成了全部自動化系統的聯網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，一直運行穩定，取得了傳統電力控制模式所無法實現的控制效果。在多起工藝事故停車過程中，所有電氣裝置均快速準確動作，并自動記錄開關動作狀態、時間和順序，與DCS監控系統一起，為工藝專業及時查找故障原因，恢復裝置開車，提供了科學的依據。它不但使工人從繁瑣的手工作業中解放出來，降低了各種人為事故的發生率，而且使系統維護及故障維修變得容易、迅速，從而真正實現了低壓電氣管理的科學化，受到廣大運行維護和技術人員的好評。