某化工厂仪表工程现场实况

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：该项目由于在化工现场，需要本质安全型仪表，且需要进行数据交换，控制精度要求高。

1.工程介绍

图10-47所示为化工厂某仪表工程项目，液体通过阀门定位器进入化工槽罐，在进口管道中安装了电磁流量计，以进行瞬时流量和累计流量的控制；在化工槽罐底部安装了压力传感器，以进行液位的检测。该项目由于在化工现场，需要本质安全型仪表，且需要进行数据交换，控制精度要求高。

2.控制系统构建

根据工程需要，结合西门子PLC控制的实际情况，化工厂仪表工程项目可以按照如图10-48进行控制系统构建。

图10-46 PROFIBUS-PA与4～20mA系统的比较

图10-47 化工厂某仪表工程项目

图10-48 控制系统构建

该控制系统中，DP/PA耦合器是PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA两种总线的结合点和物理连接器，图10-49所示是DP/PA的外观。DP/PA耦合器可以单独使用，也可以和DP Link配合使用，在本项目中采用单独使用即可。

DP/PA耦合器有两种型号，即Exi DP/PA耦合器和FDC 157-0 DP/PA耦合器，前者最大输出电流110mA，用于防爆场合；后者最大输出电流为1000mA。由于控制柜安装在中央控制室，只有传感器和执行器安装在现场，需要本安型现场仪表，因此从经济的角度出发选择FDC 157-0 DP/P耦合器。

3.传感器和执行器选型

（1）压力传感器选型

SITRANS P DSⅢ为智能数字压力变送器，带有HART、PROFIBUS-PA或FF总线通信，具有按键操作、诊断功能以及高精度等特点（如图10-50所示）。该智能压力变送器主要用于压力、压差、绝压和液位具有特殊的安全标准。

图10-49 DP/PA耦合器外观

图10-50 压力传感器SITRANS P DSⅢ

SITRANS P智能压力变送器先进的诊断功能：

1）双时间寄存器可以设置何时需要预防维护或是校准的提示信号。

2）可以任意调节的三个极限值，这就意味着可以执行预设定报警或温度监控。

3）超限记录：采用不可恢复的瞬间实际值记录压力的最大/最小值，传感器温度和电子单元的温度。记录信息也包括SITRANS P的状态、进程和环境温度等。

4）仿真功能：使变送器可以对传感器后面的电子部分和整个回路进行检查，例如对于开车前的系统调试。这提供了重要的信息：变送器电子部分是否正常工作，多少压力时产生超限响应，控制回路是否正常工作，所有显示功能是否起作用等。

5）简单的即插即用功能：在现场，如果变送器在电子或测量单元出现故障，可以只替换故障的部件，无需重新校准。

6）现场调校更容易：DS Ⅲ系列智能变送器具有独特的就地按钮。通过就地按钮，可对变送器进行各种功能组态，如零点调整、加压和不加压的测量上下限的设定、单位选择、阻尼设定、输出选择等。此外，由于就地按钮采用磁感应原理，因而即使在危险场所，无需打开变送器表盖，无需采用任何专用工具，也可以调整参数，运用自如。此外还可以锁定组态按钮，以避免误操作。

（2）流量传感器选型

在本安类型中，SITRANS FM系列电磁流量计拥有满足ATEX和FM认证的各个量程的类型，包括分体式和一体式安装（如图10-51所示）。它具有本质安全级输入输出、符合NAMUR NE 21、多信息和多语言显示、实时流量和累积正反向流量、高级的自诊断功能和出错记录。在化学工业中常常具有苛刻环境，因而要求使用宽范围防腐材质。西门子SI-TRANS FM提供的衬里、电极和外壳材质都可以经受住如此苛刻的过程介质的腐蚀。

（3）阀门定位器选型

图10-52所示的SIPART PS2系列阀门定位器具有以下特点：

图10-51 SITRANS FM系列电磁流量计

图10-52 SIPART PS2阀门定位器

1）自动初始化。SIPART PS2可以在很短的几分钟内，通过简单的菜单进行自动初始化设定。在这个过程中，微处理器可以自己确定零点、终点位置，运动方向和速度。从这些项可以确定最小脉冲时间和死区并且进行优化控制。

2）低耗气量。SIPART PS2的另一个显著的特点是极低的耗气量，传统的阀门定位器在工作中会有很多仪表空气的排放或泄漏，造成仪表空气的较大需求，产生高的运行成本。由于新压电阀的技术，SIPART PS2在阀门不动作时不会有任何仪表空气排放，只在最需要的时间（即阀门动作的时候）用气。

3）丰富的诊断功能。新型的SIPART PS2可以提供更多的参数和附加诊断信息，包括工作时间记录、当前温度、最小/最大温度、每个温度段的工作时间、在线控制阀座（上、下行程位置）、监视或显示可调阈值等。

阀门定位器的选型结束后就是安装接线，如图10-53所示为仪表PA总线接线。

4.硬件配置

1）从供应商网站（这里指的是西门子公司网站）下载相关仪表的GSD文件，在HW Config配置硬件中进行添加，如图10-54所示。

图10-53 仪表PA总线接线

由于DP/PA coupler可以在DP网络里是透明的，不需要组态。PA设备可以直接组态到DP网络里，但前提是网络速度为45.45Kbit/s，如图10-55所示，所以建议最好增加一个DP/PA Link，这样DP的网络速度就可以随意设定了。

图10-54 添加GSD文件后的仪表

图10-55 PROFIBUS-PA网络设置

当然，最好的建议就是安装西门子PDM软件，如图10-56所示，因为它已经带了需要PA仪表的GSD文件。

图10-56 PDM软件界面

2）对S7-300 PLC进行PROFIBUS主站设置，如图10-57所示。

图10-57 主站设置

3）首先添加从站压力传感器，其DP从站属性如图10-58所示，包括标识、节点地址10，诊断地址1022等，I/O特性如图10-59所示。

图10-58 压力传感器DP从站属性

图10-59 压力传感器I/O特性

4）接着添加从站流量传感器，其DP从站属性如图10-60所示，I/O特性如图10-61所示。

图10-60 流量传感器DP从站属性

图10-61 流量传感器I/O特性

5）最后添加从站气动阀门定位器，其三个从站如图10-62所示，阀门定位器的I/O特性如图10-63所示。

图10-62 从站与主站

图10-63 阀门定位器I/O特性

5.编程与调试

以阀门定位器为例，进行编程与调试，以下是具体步骤：

1）了解阀门定位器的输入输出字节含义。阀门定位器的输入输出字节是包含在该设备行规之中，如图10-64所示是智能型PA从站的行规。

图10-64 PA从站设备行规

PA从站设备行规定义了运行识别维护诊断等参数，它依据国际承认的功能块技术定义了数据（如温度、压力、流量等）、定义一个模拟量含范围工程单位和状态，同时支持简单的单变量和复杂得多变量设备。

从图10-63阀门定位器的I/O特性可以看出，该从站的变量名READBACK+POS_D和SP分别是READBACK（实际值）、Postion discrete（执行器位置）和Setpoint（设定点），其输入和输出所对应的字节含义见表10-3和表10-4。

表10-3 输入字节含义

表10-4 输出字节含义

2）在STEP 7中进行编程，如图10-65所示，调用SFC14，读取反馈值及状态和执行器位置及状态；如图10-66所示，调用SFC15，写入设定点及状态。注意一点的是：LADDR为十六进制的表示，即W#16#100就是256，该值就是图10-60所表示的I/O起始地址；状态值7B，即MB2～MB8；设定值5B，即MB23～MB27。

3）建变量表，查看相应变量，如图10-67所示。