DCS、PLC、SIS、GDS系统在氯碱和聚氯乙烯行业的应用

随着现代科学技术的发展，氯碱和聚氯乙烯行业的生产工艺控制基本实现了全过程自动化控制，通过SIS和GDS系统的推广运用，更提高了氯碱和聚氯乙烯行业各生产装置的安全可靠性。

化工自动化仪表主要包括DCS系统、SIS系统、GDS系统、PLC系统、各类化工检测仪表、自控阀门、各类信号电缆等。如果将整个氯碱和聚氯乙烯行业各生产装置比作一个人，DCS/PLC控制系统是“大脑”，各类化工检测仪表是“眼睛”，各类自控阀门是“手脚”，各类信号电缆是“神经”，由此可见化工自动化仪表在氯碱和聚氯乙烯行业各生产装置安全生产过程的重要性。

1、DCS/PLC系统在氯碱和聚氯乙烯行业的应用

（1）DCS控制系统符合氯碱和聚氯乙烯行业集中操作和分散控制设计理念，DCS控制系统的控制单元安装在现场机柜间，上位操作单元安装在中央控制室，上位操作单元和控制单元通过光纤进行通讯。

（2）氯碱电解单元以及配套的工艺单元现阶段采用的主流DCS控制系统有横河的CENTUM VP系统、霍尼韦尔的PKS系统、浙江中控的ECS-700系统及和利时的MACS-K系统。

（3）聚氯乙烯生产单元以及配套的工艺单元现阶段采用的主流DCS控制系统是艾默生的DeltaV系统、横河的CENTUM VP系统、霍尼韦尔的PKS系统，聚氯乙烯生产单元自动化程度相对较高，其化学品配制单元、聚合加料单元、聚合过程单元、浆料汽提单元均是采用批量程序或顺控程序进行全过程自动控制的。

（4）氯碱和聚氯乙烯行业各生产装置的主控制系统一般很少用PLC控制系统，PLC控制系统一般都是应用在各生产装置有技术保密的工艺包单元、大型机组的控制单元等，例如一次盐水的膜过滤装置多采用西门子S7300控制系统、聚氯乙烯的离心机控制多采用西门子S7300控制系统等。这些大型机组和工艺包自带的PLC控制系统一般都是通过ModeBus 485与对应的氯碱和聚氯乙烯行业各生产装置主DCS控制系统进行数据通讯的，以便于在主DCS控制系统上能够读取PLC子系统的数据。

2、SIS系统在氯碱和聚氯乙烯行业的应用

（1）随着国家对氯碱和聚氯乙烯行业安全要求的逐年提高，目前国家规范要求氯碱和聚氯乙烯行业必须设置独立于DCS/PLC过程控制系统的SIS系统。其中氯碱和聚氯乙烯行业的SIS系统必须要有不低于TUV SIL3的认证等级。目前国内取得TUV SIL3认证等级的SIS系统品牌有浙江中控、和利时、康吉森，进口品牌的SIS系统主要有HIMA、TRCON、艾默生、横河、霍尼韦尔等。

（2）氯碱电解槽单元的氯、氢压差高高报警联锁停电解槽，液氯单元的液氯储槽液位高高报警联锁关闭进料自控阀门等都是在SIS系统中实现的；聚氯乙烯的聚合单元聚合釜温度和压力高高报警联锁加入紧急终止剂，聚合釜搅拌转速低低报警联锁加入紧急终止剂，聚合釜搅拌电机功率高高报警联锁加入紧急终止剂，VCM单体球罐液位高高报警联锁关闭进料自控阀门等都是在 SIS 系统中实现的。

3、GDS系统在氯碱和聚氯乙烯行业的应用

按照GBT 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》要求，GDS系统要独立于DCS/PLC过程控制系统，其主要是用于可燃和有毒气体报警仪表信号的采集、运算、报警以及区域报警联动等。在氯碱各生产装置需要检测的可燃和有毒气体主要有氢气和氯气；在聚氯乙烯各生产装置需要检测的可燃和有毒气体主要有乙炔、庚烷、VCM。氢气可燃气体报警仪采用的是催化燃烧原理，庚烷和乙炔可燃气体报警仪采用的是红外检测原理，VCM和氯气采用的是电化学检测原理。

好料！西门子S7-300400 PLC 之间的MPI全局数据包通讯方式

对于 PLC 之间的数据交换，我们只关心数据的发送区和接收区，全局数据包的通讯方式是在配置 PLC 硬件的过程中，组态所要通讯的 PLC 站之间的发送区和接收区，不需要任何程序处理，这种通讯方式只适合 S7-300/400 PLC之间相互通讯。

现在就来看看吧！

下面将以举例说明全局数据包通讯的具体方法：

硬件需求：CPU315-2DP，CPU416-2DP。

软件需求：STEP7 V5.2 SP1

一、首先打开编程软件 STEP7，建立一个新项目

如 MPI_GD，在此项目下插入两个 PLC 站分别为STATION1/CPU416-2DP 和 STATION2/CPU315-2DP，并分别插入 CPU 完成硬件组态，配置 MPI的站号和通讯速率，在本例中 MPI的站号分别设置为 2号站和 4 号站，通讯速率为 187.5Kbit/S 。

这些工作完成以后，可以组态数据的发送区和接收区。点击项目名MPI_GD 后出现STATION1,STATION2 和 MPI 网，点击 MPI，再点击菜单“Options” “Define Global Date”进入组态画面如下图：

二、插入所有需要通讯的 PLC 站 CPU

而 CPU315-2DP 的接收区为DB1.DBB0~21，可以填写为 DB1.DBB0：22。编译存盘后，把组态数据分别下载到 CPU 中，这样数据就可以相互交换了。

例子程序参见光盘，项目名为 MPI_GD。参考下图：

地址区可以为 DB，M，I，Q，区，长度 S7-300 最大为 22 个字节，S7-400 最大为 54 个字节。发送区与接收区的长度应一致，所以在上例中通讯区最大为 22 个字节。

三、多个CPU通讯

A：全局数据包的循环数，每一循环数表示和一个 CPU 通讯，例如两个S7-300CPU 通讯，发送与接收是一个循环，S7-400 中三个 CPU之间的发送与接收是一个循环，循环数与 CPU 有关，S7-300CPU 最多为 4 个，所以最多和 4 个 CPU 通讯。S7-400CPU414-2DP 最多为 8 个，S7-400CPU416-2DP 最多为 16 个。

B：全局数据包的个数。表示一个循环有几个全局数据包，例如两个 S7 站

相互通讯。一个循环有两个数据包。如下图：

C：一个数据包里的数据区数，可参考下图： CPU315-2DP 发送 4 组数据到 CPU416-2DP，4个数据区是一个数据包，从上面可以知道一个数据包最大为 22 个字节，在这种情况下每个额外的数据区占用两个字节，所以数据量最大为 16 个字节。

对于 A，B，C 参数的介绍只是为了优化数据的接收区和发送区，减少 CPU的通讯负载，简单应用可以不用考虑这些参数，GD ID 编译后会自动生成。

四、通讯的诊断

在多个 CPU 通讯时，有时通讯会中断，是什么原因造成通讯中断呢？我们编译完成后，在菜单“View”中点击“Scan Rates”和“GD Status”可以扫描系数和状态字。如下图所示：

S R： 扫描频率系数。如上图 SR1.1 为 225，表示发送更新时间为 225×CPU 循环时间。范围为1～255。通讯中断的问题往往设置扫描时间过快。可改大一些。

GDS：每包数据的状态字（双字）。可根据状态字编写相应的错误处理程序，结构如下：

如果编程者有 CP5511/5611 编程卡可以首先诊断一下连线是否可靠，如上例中 S7-300 MPI地址是 2，S7-400MPI地址是 4，用 CP 卡连接到 MPI网上（PROFIBUS 接头必须有编程口）可以直接读出 2,4 号站，具体方法是在“控制面板 ” “PG/PC interface” “ Diagnostics” 点击“read”读出所以网上站号，如下图所示：

0 号站位 CP5611 的站号，如果没有读出 2，4 号站，说明连线有问题或MPI网传输速率不一致，可以把问题具体化。

五、事件触发的数据传送

如果我们需要控制数据的发送与接收，如在某一事件或某一时刻，接收和发送所需要的数据，这时将用到事件触发的数据传送方式。

这种通讯方式是通过调用 CPU 的系统功能 SFC60 (GD_SND)和 SFC61(GD_RCV)来完成的，而且只支持 S7-400CPU，并且相应设置 CPU 的 SR（扫描频率）为 0，可参考下图全局数据的组态画面：

在 S7-400CPU 侧的 SR 为 0

与上面作法相同编译存盘后下载到相应的 CPU 中，然后在 S7-400 中调用SFC60/61 控制接收与发送。例子程序参见光盘，项目名为 MPI_GD_EVENT

硬件需求：CPU315-2DP，CPU416-2DP。

软件需求：STEP7 V5.2 SP1。

具体程序代码为：

CIRCLE_ID，BLOCK_ID 可参考 GD 中的 A，B，C 参数。

例子中当 M1.1 为 1 时 CPU416 接收 CPU315 的数据, 将 MB20~MB29 中的数据放到 MB40～MB49 中。

当 M1.0 为 1 时 CPU416 发送数据,将 MB60~MB69 中的数据发送到CPU315 的MB60～MB69中。

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