西门子自动化与驱动产品在汽车涂装VOC治理系统中的应用

郭颖池

（西安艾瑟尔环保科技有限公司 西安）

Application of SIEMENS automation and driving products in automotive coating VOC management system

［摘要］ 该论文主要介绍了西门子S7-1500系列、S7-300系列以及西门子G120、G130变频器在汽车涂装车间有机废气VOC治理方面的应用。系统充分利用了西门子PROFINET以及PROFIBUS通信来实现系统的快速响应，为保卫蓝天白云做出了重大贡献。

［关键词］ S7-1500、S7-300、G120、G130、G150、PLC、变频器、WinCC、TIA

［Abstract］ his paper mainly introduces the application of SIEMENS S7-1500 series,S7-300 series and SIEMENS G120,G130 inverter in the treatment of organic exhaust gas VOC in car painting workshop.The system makes full use of SIEMENS system PROFINET and PROFIBUS communication to realize the system′s rapid response.Made a great contribution to the protection of the blue sky and white clouds.

［Key Words］ S7-1500、s7-300、G120、G130、G150、PLC、inverter、WinCC、TIA

一、项目简介

1）随着我国的快速发展，人民对美好生活的向往的追求在不断地增加。追求美好生活环境成为我国在新时代经济发展中更加看重的一项指标。在工业生产过程中产生的工业废气，尤其是涂装车间产生的挥发性有机废气VOC对环境的污染尤其严重，涂装车间产生VOC中包含苯系物等致癌物质，因此对 VOC的治理工作已经成为现阶段工业有机废气治理的重点。

2）根据WHO 定义，挥发性有机化合物（VOC）是指在常压下，沸点 50～260℃的各种有机化合物。VOC 按其化学结构，可以进一步分为:烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有 300 多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。

VOC的治理，由于其主要分子构成为 C、H、O，所以本论文主要介绍高温催化分解。由于苯系物在 780～850℃直接可以裂解为 HO₂ 与 CO₂，达到国家环保标准。处理设备已经在北汽越野、长安汽车、力帆汽车、福特汽车、武汉本田、上汽、奇瑞、海马等国内外知名汽车制造厂商以及配套配件厂商应用。本系统采用蓄热式废气焚烧系统 RTO,以及废气浓缩转轮系统来处理长安汽车涂装车间的有机废气。

3）本系统采用了西门子S7-1500 系列PLC、G120 系列变频器、G13O 系列变频器、G120C系列变频器，以及使用了大量的西门子电机，如图1～图4所示。

图1 控制中心S7-1516-3PN CPU以及冷却风机G120变频器

图2 G130变频器控制的吸附风机

图3 系统中使用的AOP2操作面板

图4 现场工程师监控HMI

二、控制系统构成

整个项目中的硬件配置、系统结构如图5所示。

图5 系统网络分布图

系统采用带 2 个网口和一个 dp 通信口的 1516-3pn 的CPU，外加cp 模块组成双PROFINET网络系统（现场级和工厂管理级）,以及现场级 PROFIBUS 网络。现场HMI 对现场设备运行状态进行监控，设备状态通过工厂管理级网络传送到 ccr 中控室，对现场数据进行采集和监控。

三、控制系统完成的功能

1）由于设备现场分散，场地面积巨大，采用西门子系统集成在一起，采用友好的人机工程，使得现场操作简单，维护方便。

2）采用西门子变频技术使得能源的消耗减少，节约了成本。

3）西门子博图系统的集成化和模块化以及STARTER软件，使得现场工程师可以更加方便地调试，系统采用部分 SCL（结构化控制语言）更好地实现了部分工艺功能。

4）由于系统中存在着大量的模拟量传感器，采用SCALE转换指令，简单方便地对现场数据进行标定如下：

现场压差传感器输入的4～20mA数据转换成0～7000Pa的压差。采用SCALE对压差数据进行数据检测并返回状态，工程师可以了解每个数据的现况。

利用FC块制作成判断单元为大量阀门状态诊断提供简单快速的方案，如图6所示。

图6 简单、快速的诊断方案

定义FC块输入变量 MVME、POS_AUF、POS_ZU为BOOL类型，ZEIT_A_Z为S5Time类型,TIMER_A_Z为Timer类型。

定义FC块输出变量STOERUNG为BOOL类型。

程序中以开启MVME后检测POS_AUF与 POS_ZU位置，启动定时器，判断在定时器启动前阀门是否执行打开或关闭指令，并在无MVME条件下检测是否POS_AUF与 POS_ZU位置同时存在。若没有在定时器时间内执行指令或者POS_AUF与 POS_ZU位置同时存在的时候输出报警。

其中MVME为启动信号，ZEIT_A_Z为定时器时间，设定执行器运行时间为工艺要求的时间限制。POS_AUF、POS_ZU 为开关量执行器传感器传送的开关位置信号。STOERUNG为报警输出。程序给出打开阀门指令，程序在15s内检测是否有打开信号，并且在打开信号消失时判断关闭信号是否在15s内关闭。

图7～图10为SCL、STARTER，博途软件、中控室WinCC的应用。

图7 SCL在系统中的应用

图8 STARTER软件在调试变频器的应用

四、项目运行

系统运行以来，涂装车间 VOCs 排放统一收集处理，环境保护得到进一步落实，项目运行后，从最初的300mg/m³尾气排放，到现在的6～8mg/m³,远低于国家和地方排放标准的要求。