基于PC和PLC的空分DCS系統(tǒng).doc

基于pc和plc的空分dcs系統(tǒng)摘要 隨著空分生產(chǎn)工藝的改進，以計算機為基礎(chǔ)而構(gòu)成的控制、管理、決策為一體的plc系統(tǒng)在空分生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。本文基于實際工程背景，研究與探討了華潤空分kdon-300/5000工程控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析。該系統(tǒng)是一個將工業(yè)控制計算機（pc）和可編程邏輯控制器（plc）相合的新型綜合集散控制系統(tǒng)。 本論文根據(jù)華潤空分kdon-300/5000項目的控制要求，分析了空氣分離的工藝要求，從而提出了相應(yīng)的控制方案。然后闡述了該plc系統(tǒng)的選型、結(jié)構(gòu)及軟硬件的設(shè)計。在硬件設(shè)計系統(tǒng)中著重分析了硬件的物理組成和電氣原理以及現(xiàn)場控制站的構(gòu)建。組態(tài)軟件采用了ge fanuc 的cimplicity軟件和versapro軟件，然后用這兩個軟件進行系統(tǒng)組態(tài)。軟件組態(tài)具體講述了cimplicity軟件和versapro軟件的組態(tài)，其中最主要的是cimplicity軟件的組態(tài)，在cimplicity軟件組態(tài)中我們著重講述了點的配置、角色的配置、報警組態(tài)、趨勢圖、數(shù)據(jù)庫登陸等內(nèi)容。接著我們討論了系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。最后分析了本系統(tǒng)在安裝和調(diào)試過程中遇到的問題及其解決方案。最后，實踐表明系統(tǒng)總體的運行是可靠的，也是穩(wěn)定的，體現(xiàn)了先進性和實用性的統(tǒng)一。關(guān)鍵詞：可編程控制器（plc）、以太網(wǎng)（ethernet）、genius總線、空氣純化系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、空氣分餾系統(tǒng)、系統(tǒng)組態(tài)、cimplicty軟件、數(shù)據(jù)庫登陸、點的配置、報警組態(tài)、趨勢圖、角色的配置目 錄1緒論 11.1 系統(tǒng)簡介 1 1.2 plc系統(tǒng)的發(fā)展況 2 1.3 plc系統(tǒng)的生商 2 1.4 課題的來源和背景 3 1.5 本文的主要任務(wù)和結(jié)構(gòu)安排 32、系統(tǒng)設(shè)計方案析 32.1 空分工藝流程簡介3 2.2 空分裝置的工藝流程分類 4 2.2.1高壓工藝流程 4 2.2.2中壓工藝流程 42.2.3高低壓工藝流程52.2.4低壓工藝流程5 2.3控制方案52.3.1 制氮流程介紹 52.3.2 控制方案介紹53、系統(tǒng)硬件配置 113.1 系統(tǒng)總貌 113.1.1 plc的工作原理 123.1.2 控制站i/o信號規(guī)模 123.1.3 系統(tǒng)設(shè)備之間的連接133.2 操作站/工程師站133.3 現(xiàn)場控制站 134、系統(tǒng)軟件組態(tài)過程. . 144.1 介紹cimplicity 混合控制軟件的特點14 4.1.1 更貼近過程控制的開放系統(tǒng) 15 4.1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)16 4.2系統(tǒng)軟件組態(tài)16 4.2.1 系統(tǒng)控制方案組態(tài)164.2.2 操作組態(tài) 174.2.3下位機組態(tài)軟件 174.2.4上位機組態(tài)軟件 185、系統(tǒng)可靠性分析 335.1 現(xiàn)場控制站的可靠性措施 335.1.1、串行通信的可靠性 335.1.2、電源33 5.1.3、數(shù)字輸入信號 33 5.1.4、解決好屏蔽 33 5.1.5 機柜設(shè)計335.1.6信號隔離 33 5.1.7 雙cpu冗余346、系統(tǒng)調(diào)試投運 346.1儀表的一次調(diào)校 346.1.1電氣儀表的單元系統(tǒng)調(diào)試346.1.2儀表與控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)346.1.3逐點進行ai、di、ao、ao點的調(diào)試 35 6.1.4控制回路聯(lián)動35 6.1.5進行聯(lián)鎖邏輯的確認及試驗35 6.1.6 分子篩順控程序的模擬運行35 6.1.7投入運行時聯(lián)鎖條件的確認35總結(jié) 36致謝語 37參考文獻 37附錄開題報告 38中期報告 40分子篩周期表 41英文翻譯 42英文翻譯 511 緒論1.1 空分系統(tǒng)和plc系統(tǒng)簡介在現(xiàn)代空氣分離生產(chǎn)過程中，自動化占據(jù)著重要地位。它在保證生產(chǎn)安全可靠、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量、降低能耗及成本、控制環(huán)境污染、提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率及勞動生產(chǎn)率、實現(xiàn)科學的生產(chǎn)控制管理等方面都起著重要的作用。空分工業(yè)自動化水平的提高，也為空分生產(chǎn)新工藝的推廣和完善創(chuàng)造了條件?？辗稚a(chǎn)工藝復雜，設(shè)備聯(lián)鎖眾多，各種檢測信號相互影響，采用傳統(tǒng)的人工控制或繼電器儀表控制很難達到控制要求。采用集散控制后，真正做到了控制分散、危險分散和管理集中。設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)能夠按照預先編制好的程序自動停止相關(guān)設(shè)備，并發(fā)出聲光報警，提醒操作人員及時處理以免影響生產(chǎn)。對一些重要的參數(shù)和報警，系統(tǒng)能夠自動生成歷史記錄和歷史趨勢。操作人員和技術(shù)人員可以隨時查詢歷史數(shù)據(jù)了解生產(chǎn)情況。通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析提出新工藝，新方法，不斷提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。11并且隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，集散控制的思想越來越被廣大自動化技術(shù)人員所青睞，并正逐漸被應(yīng)用于新建、擴建和技術(shù)改革的項目中。但傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般有廠家生產(chǎn)，具有一定的專有性；另外傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般來講其控制規(guī)模比較大，成本費用比較高；因此使用pc+plc構(gòu)成dcs的思想，并在無錫華潤的空分項目中實施。 用pc和plc實現(xiàn)集散控制（dcs）的基本原理：集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：將流程工業(yè)的自動控制過程與操作管理人員對自動控制的管理過程相對分離；流程工業(yè)的自動控制過程由各控制站相對獨立的自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理則由中央控制室的操作站來完成。中央控制站與各現(xiàn)場控制戰(zhàn)一方面各自相對的運行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大的提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又互相進行實時數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實現(xiàn)操作人員在中央控制室的操作站對整個自動控制過程進行管理和調(diào)整。 現(xiàn)場控制站的主要任務(wù)是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制，因此它必須要能夠自動采集全廠的各種工藝參數(shù)（如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分，物位的高度）以及設(shè)備的運行狀態(tài)（如閥門的開度、機泵的開停、設(shè)備的振動、機械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的的控制程序進行大量的數(shù)值計算，最后輸出4-20ma標準模擬信號（或者on/off數(shù)字信號）去驅(qū)動各種閥門、電動機等執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制；另外還要與操作站進行實時通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時接受操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實時調(diào)整自動控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)控制過程。因此它還需要具有標準化通訊接口。用pc和plc組成集散控制系統(tǒng)時，plc承擔了現(xiàn)場控制站的工作，pc機承擔了操作站和工程師工作站的工作。在安裝有plc系統(tǒng)軟件的pc機上可以離線（或者在線） 編輯plc的控制應(yīng)用軟件（組態(tài)過程），控制應(yīng)用軟件下載到plc后，plc獨立完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過“實時監(jiān)控軟件+pc機”來實現(xiàn)，在安裝有實時監(jiān)控軟件的pc機上可以很方便對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。61.2 plc系統(tǒng)的發(fā)展狀況早期的plc系統(tǒng)控制功能簡單，輸入輸出點數(shù)（i/o）較少，只能實現(xiàn)較小系統(tǒng)的控制，對于較大系統(tǒng)就無能為力。較大系統(tǒng)一般采用分布式控制系統(tǒng)（dcs）控制，但是dcs系統(tǒng)成本高昂，維護和使用費用很高，適用于需要控制的i/o點數(shù)較多的大型系統(tǒng)。隨著plc生產(chǎn)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的plc系統(tǒng)的功能越來越強大，能夠控制的i/o點數(shù)越來越多，大有取代dcs系統(tǒng)的趨勢?，F(xiàn)在的plc系統(tǒng)的成本較低，應(yīng)用范圍日趨廣泛，有著廣闊的發(fā)展前景。中國工控網(wǎng)市場研究部在2003年底到2004年初做了一個中國plc的市場調(diào)查，下面是在本次調(diào)查最終用戶反饋的關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的結(jié)果。工控網(wǎng)根據(jù)業(yè)內(nèi)的劃分習慣和運用領(lǐng)域的不同將plc劃分為4個范圍，主要是根據(jù)i/o點數(shù)來劃分的。大型：不少于1,024個i/o點， 這一類plc主要用于冶金、自動化生產(chǎn)線和電廠。所有的大型plc都是由系統(tǒng)集成商來完成的，這一類系統(tǒng)的附加值比較高。目前有超過8,000個點的巨型plc系統(tǒng)在電廠運用。由于在鋼鐵行業(yè)的大幅度增長，大型plc2003年增幅最大。中型：2561,023點， 這一類plc主要也是用作控制系統(tǒng)，運用于冶金、電力、造紙、化工、加工/組裝生產(chǎn)流水線、包裝流水線等領(lǐng)域。這一類的系統(tǒng)主要也是由系統(tǒng)集成商來完成，也有個別用戶會由自己來完成項目。小型：64255點， 主要用于設(shè)備控制，也有用作小型系統(tǒng)控制器的。微型：少于64點 ，這一類plc主要用于單臺設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機械，數(shù)控機床，塑料加工機械，小型包裝機械上運用廣泛。9由于此次華潤空分工程kdon-300/5000項目所選用的plc系統(tǒng)的i/o點數(shù)小于256點，所以是小型plc系統(tǒng)。1.3 plc系統(tǒng)的生產(chǎn)商國內(nèi)外知名制造商：美國的通用電氣（ge fanuc）公司：它的產(chǎn)品性能出眾，以及全面的產(chǎn)品系列（90系列 產(chǎn)品），而且價格適中；日本的三菱和橫河、富士，德國的西門子（siemens），還有瑞典的abb公司，霍尼韋爾（honeywell）公司，歐姆龍（omron）公司，韓國的lg公司等等。國內(nèi)生產(chǎn)商基本上沒有屬于自己的產(chǎn)品，主要是仿造和模仿外國產(chǎn)品為主，沒有自己的擁有知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，沒有自己的品牌。此次華潤空分工程kdon-300/5000項目所選用的plc系統(tǒng)就是美國ge fanuc公司的90-30系列plc。1.4 課題來源和背景課題的來源為：江蘇無錫華潤空分工程kdon-300/5000 plc系統(tǒng)。課題的背景為：根據(jù)江蘇無錫華潤空分工程kdon-300/5000項目提出的控制要求（主要是i/o點數(shù)），綜合考慮各方面的因素（產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可升級性和維護性、還有產(chǎn)品的價格也是一個重要的因素），我們決定選用美國ge fanuc公司的90-30 plc系統(tǒng)。1.5 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)安排本文的主要任務(wù)是熟悉空分工藝流程，學會如何進行plc系統(tǒng)組態(tài)，知道工程組態(tài)過程。本文的結(jié)構(gòu)安排是：首先具體介紹空分工藝流程，了解空分生產(chǎn)過程，然后介紹空分系統(tǒng)各個流程的控制方案。接著具體介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，使我們熟悉plc各個模塊的功能和作用。接下來就是詳細介紹上位機軟件和下位機軟件的工程組態(tài)，這是本畢業(yè)論文的重點，也是難點。系統(tǒng)的可靠性是衡量系統(tǒng)好壞的一個重要標志，所以我們必須對這個plc系統(tǒng)的可靠性進行綜合分析。最后要進行系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作，檢驗系統(tǒng)是否能按照預期的要求正常工作。2 系統(tǒng)的設(shè)計方案分析2.1空分工藝流程簡介大氣中的空氣先進入空氣濾清器，經(jīng)過濾清的常壓空氣被吸入空氣壓縮機，進行若干級壓縮，逐級提高壓力，使之達到所需的壓力值?？諝饨?jīng)每級壓縮后，不但提高了空氣壓力，而且也使溫度升高了。為了提高壓縮機的效率，用水冷卻器將壓縮后而提高了溫度的空氣冷卻，然后，再進入下一級的吸入口。最后一級出來的壓縮空氣進入末級冷卻器。經(jīng)過壓縮和冷卻的后的空氣進入下一步的純化系統(tǒng)進行空氣的純化。純化系統(tǒng)主要是由兩個分子篩吸附器和兩個電加熱器組成，分子篩吸附器是通過空氣的化學原理來初步的分離空氣的各種組分，兩個分子篩吸附器交互吸附工作，達到初步分離空氣的目的。從純化系統(tǒng)出來的空氣進入下一步的空氣分餾塔系統(tǒng)進行分餾工作。空氣分餾系統(tǒng)的主要設(shè)備由上分餾塔、下分餾塔、主冷凝蒸發(fā)器、液空過冷器、液氮過冷器、液空入上分餾塔節(jié)流閥、污氮入上分餾塔節(jié)流閥及純氮入上分餾塔節(jié)流閥等組成。壓縮空氣經(jīng)過蓄冷器后，被冷卻到172.c左右，進入下分餾塔，上升的蒸汽經(jīng)過下分餾塔的35塊塔板，在下塔頂部成為純氮氣。純氮氣進入主冷凝蒸發(fā)器的氮氣通道后，凝結(jié)成液體氮。一部分液氮回塔板，作為下塔的回流液,另一部分液體氮，由液氮槽引出，經(jīng)過過冷器后，送入上分餾塔頂部。下分餾塔中部抽出部分污液氮，經(jīng)過過冷器也送入上分餾塔的上部。下分餾塔的底部得到富氧液空。液空引出，經(jīng)過液空吸附器、液空過冷器并經(jīng)節(jié)流后，送入上分餾塔中部。進入上分餾塔的液空沿著上分餾塔的一塊塊塔板流下，到主冷凝蒸發(fā)器。在主冷凝蒸發(fā)器中得到含氧量為99.6%液氧。主冷凝蒸發(fā)器的一側(cè)是低壓的液氧蒸發(fā)，另一側(cè)是高壓的氮氣冷凝。液氧在主冷凝器中蒸發(fā)成氣體，氣體的一部分順上分餾塔塔板上升，以保證精餾塔工作正常進行，其余的氧氣即為產(chǎn)品引出分餾塔。上分餾塔底部的液氧，再由液氧泵加壓，經(jīng)過液氧吸附器除去乙炔后，回到上分餾塔，以保證主冷凝蒸發(fā)器的安全。液空、液氧、液氮從下分餾塔經(jīng)過節(jié)流后進入上分餾塔，使壓力由原下分餾塔的壓力下降到上分餾塔的壓力。這時液體的液化溫度也要隨著下降，因此，節(jié)流后有部分液體汽化。為減少此汽化量，因此在節(jié)流前先用上分餾塔引出的純氮和污氮經(jīng)過過冷器把液體先過冷一下，以減少節(jié)流后汽化量，同時上分餾塔塔板上液體多些，有利于塔板上的精餾工況。如果需要儲存，還要將產(chǎn)品氣進行進一步壓縮成液態(tài)得空分產(chǎn)品，裝入儲存罐。其工藝流程原理如圖2.1所示：3圖2.1 2.2 空分裝置的工藝流程分類空分裝置就是利用深冷技術(shù)將空氣分離后，提取氧氣，氮氣及空氣中其他氣體組分的設(shè)備，俗稱制氧機。以其生產(chǎn)的工藝流程來說，根據(jù)進入空分裝置的壓縮空氣的壓力高低不同，又可分為高壓工藝流程、中壓工藝流程、高低壓工藝流程及全低壓工藝流程等四種。12.2.1高壓工藝流程一般沒有膨脹機。它的工作壓力一般約為100200大氣壓。它主要用于小型制冷機。例如產(chǎn)氧量為每小時20 標準立方米的制氧機2.2.2中壓工藝流程它的工作壓力約為2025大氣壓，它主要用于小型和中型的空分裝置。例如國產(chǎn)的每小時產(chǎn)氧量為50、150、300標準立方米的制氧機。2.2.3高低壓工藝流程其工作壓力一部分約為100200大氣壓的高壓空氣，另一部分約為6個大氣壓的低壓空氣。例如國產(chǎn)的每小時產(chǎn)氧量為3350標準立方米的制氧機。2.2.4低壓工藝流程它的工作壓力約為6個大氣壓。此工藝流程的優(yōu)點是：在生產(chǎn)氣態(tài)的氧、氮產(chǎn)品時，其能耗最小。因此應(yīng)用也愈來愈廣。2.3控制方案以下以無錫華潤空分工程kdon-300/5000制氮流程為例，以ge plc為控制系統(tǒng)，詳細說明具體的控制方法和組態(tài)過程2.3.1 制氮流程介紹華潤空分工程kdon-300/5000制氮流程主要由制冷系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)組成。詳細可分為：空氣凈化系統(tǒng)，空氣壓縮系統(tǒng)，預冷系統(tǒng)，純化系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)系統(tǒng)等等。設(shè)備主要包括空壓機，換熱器，分子篩，膨脹機，分餾塔等等。其大致的工藝流程如下：空氣自大氣吸入，經(jīng)過空壓機壓縮，去除雜質(zhì)和水分，經(jīng)過換熱器，一部分通過膨脹機，進入下塔，另一部分繼續(xù)冷卻，經(jīng)過節(jié)流閥進入下塔。下塔的富氮通過過冷器進入上塔根據(jù)氧氮沸點的不同，通過氣液交換，從上塔的下部提取氮氣，經(jīng)過復熱，最后將產(chǎn)品氣壓縮儲存或送入使用現(xiàn)場。12.3.2 控制方案介紹我們按照制氮機的工藝流程將其劃分為空氣壓縮系統(tǒng)，膨脹制冷系統(tǒng)，空氣分餾系統(tǒng)，氮氣壓縮系統(tǒng)等來分別介紹。4 5 12a、空氣壓縮系統(tǒng)的自控(1 ) 空壓機組的自控要求軸承溫度的報警和停機。軸位移的報警和停機潤滑油壓力的報警和停機。潤滑油溫度的報警。潤滑油油箱液位的報警。空壓機的防喘振控制：當轉(zhuǎn)速一定時，壓縮機的流量減少到一定值時，由于軸向漩渦的影響，造成葉道速度不均勻和倒流情況，這時壓縮機的工作狀態(tài)很不穩(wěn)定，我們稱此現(xiàn)象為喘振。防喘振控制就是防止壓縮機工作在喘振區(qū)，當壓縮機流量過小時，壓力過高時，打開防振放空閥，降低壓力，增大流量。(2) 預冷系統(tǒng)的水冷塔和空冷塔的液位控制對空冷塔和水冷塔的液面進行單回路pid控制。其控制分為三個層次進行，在正常范圍內(nèi)的波動，采取常規(guī)的pid控制，當超出了一定的范圍時，進行報警，并且加大pid的調(diào)節(jié)幅度，當超出了報警范圍時，進行聯(lián)鎖控制。其控制結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：圖2.2b. 膨脹機制冷系統(tǒng)的自控膨脹機是整個空分裝置的主要冷量來源，而且其轉(zhuǎn)速高達2萬轉(zhuǎn)。因此對于這樣的裝置，不僅要滿足工藝操作的要求，更要保護膨脹機，其聯(lián)鎖保護系統(tǒng)尤為重要。 膨脹機潤滑油溫度的報警。 潤滑油壓力的報警。 轉(zhuǎn)速的報警. 膨脹機的轉(zhuǎn)速控制.防飛車控制:當轉(zhuǎn)速達到一定值后，加大制動風機的出口閥，降低轉(zhuǎn)速。.緊急停車：當轉(zhuǎn)速過高高，油壓過低低時，自動切斷膨脹機進氣，緊急停車。膨脹機聯(lián)鎖原理圖如圖2.3所示： 圖2.3c. 空氣分餾系統(tǒng)的自控(1) 空分塔的自動控制：1). 液位的自動調(diào)節(jié)：液位的調(diào)節(jié)主要分為下塔液位和主冷液位的調(diào)節(jié)，下塔液位于主冷的液位位于主冷的液位是關(guān)聯(lián)的，相互影響的。簡單的各自控制各自液位是不行的。針對以上的情況，我們把空分塔的液位作為一個整體來考慮。操作變量有液空節(jié)流閥，風機制動閥，液化氣旁通閥，來共同控制下塔液位和主冷液位。我們采取了常規(guī)pid于規(guī)則控制向結(jié)合的控制策略，把下塔液位和主冷液位的變化率作為前饋量進行調(diào)節(jié)。來保證整體的冷量和液量的平衡，從而保證整個塔的工況穩(wěn)定。2) 純度的自動調(diào)節(jié)：純度的調(diào)節(jié)主要分為上塔純度和下塔純度的調(diào)節(jié)。上下塔純度也是相互影響和關(guān)聯(lián)的，下塔的純度控制不好直接的影響了上塔的純度。而影響上塔純度的因素非常多，如取產(chǎn)品氧量過大，取氮量過小，下塔液空含氧量下降，主冷液位上升等等，針對以上情況，我們采取模糊控制算法，并且在現(xiàn)場取得了很好的效果。 在該算法中，我們主要考慮影響空氣純度的三個主要因素：液空的含氧量，主冷液位，產(chǎn)品氧氣量。當液空的氧含量下降，產(chǎn)品氧純度也要下降，當主冷液位偏高時，氧純度也要下降，主冷液位偏低時，換熱不充分，氧純度也要下降，當產(chǎn)品氧氣量偏大時，在一定的氧制取率下，氧純度也要下降。其簡要的程序控制框圖如圖2.4所示。10 13 16圖2.4(2) 切換式換熱器的自動控制1) 切換自動控制為了保證換熱器的自清除，防止雜質(zhì)進入，損壞膨脹機或堵塞換熱器。換熱器的切換控制顯得非常重要。對于換熱器的控制以安全第一，功能齊全，操作方便為原則。安全方面：出現(xiàn)不正常情況，提供聲音警告和詳細的報警提示，操作建議和指導，如對于每一步驟的閥門的動作是否到位，都會提出適當?shù)牟僮鹘ㄗh和指導。在每一步驟中對重要的閥門位置進行確認，以免操作工的誤操作而引起一些閥門的動作，造成不必要的損失。所有的步驟都相互獨立，互不影響。2) 控制模式分為三種手動，半自動，全自動。在手動的情形下，所有閥門的操作全由人工操作。半自動是針對某一步驟的自動，比如在冷卻階段采取半自動，則在冷卻階段，所有的閥門全由計算機控制，但該階段結(jié)束時，不能自動進入下一步驟。全自動是針對整個切換過程，它與半自動的區(qū)別是在該步驟結(jié)束后，它能自動進入下一步驟。143) 功能設(shè)置對于所有的步驟設(shè)置了手自動切換，在手動的前提下，聯(lián)鎖功能照樣有效。每一步驟都可以進行強制的切換，且可以不需按照順序進行切換，想進入什么步驟，只需在步驟變量里面打入相應(yīng)的步驟參數(shù)即可。每一步驟的運行時間可進行在線修改，如需要延長時間，只需這一階段的運行時間延長即可。且對于每一個切換過程的運行周期進行統(tǒng)計計算，保存其記錄，這樣偏于對于生產(chǎn)情況進行分析。并具有暫停計時，繼續(xù)計時，時間的動態(tài)捧狀圖顯示等功能。動態(tài)的顯示每一個當前運行步驟。其總體的程序框圖如圖2.5所示：(3) 中部溫度的自動控制中部溫度是指換熱器溫度工況中變化最靈敏的，最有代表性的部分。當中部溫度出現(xiàn)偏差時，將造成通道阻力的不一致，使氣體產(chǎn)生偏流，容易導致凍塞。因此當兩組的中部溫度出現(xiàn)偏差時，改變空氣入口調(diào)節(jié)閥，改變空氣流量比，從而縮小中部溫差。d. 氮氣壓縮系統(tǒng)的自控氧壓機軸承溫度報警潤滑油溫度報警氮氣入口壓力報警氮氣出口壓力報警氮氣壓力自動控制系統(tǒng)(1) 空氣純化系統(tǒng)的自動控制空氣純化系統(tǒng)主要就是通過分子篩的切換來達到空氣純化的目的。分子篩切換系統(tǒng)周期表是按照分子篩切換流程的時序要求所編制的。控制系統(tǒng)的每一步時間的長短是由機內(nèi)記時器來控制。此自動控制共分為20步，當按下自動控制按扭后，就處在自動控制狀態(tài)，由時間來決定程序處在第幾步。圖2.5現(xiàn)在以ms1工作、ms2再生為例說明如下：開始時讓ms1吸附、ms2再生第一步：并聯(lián)吸附 確認自動按扭按下，開v1201、v1202、v1203、v1204、v1214，確認v1201、v1202、v1203、v1204、v1214全開，其余閥全關(guān)，此時ms1、ms2均處于吸附狀態(tài)。計時，5min后第二步：預泄壓 關(guān)閉v1202、v1204，確認v1202、v1204全關(guān)。計時，1min后第三步：泄壓 打開v1211，確認v1211全開，計時，泄壓時間到第四步：預加熱 關(guān)閉v1211，打開v1206、v1208，確認v1211全關(guān)，v1206、v1208全開。計時，1min后，第五步：預加熱 關(guān)閉v1214，確認v1214全關(guān)。計時，1min后第六步：加熱 打開電加熱器，確認電加熱器已開。計時，加熱時間到，第七步：冷吹 關(guān)閉電加熱器，確認電加熱器已關(guān)閉，計時，冷吹時間到第八步：預充壓 關(guān)閉v1206、v1208，打開v1214，確認v1206、v1208全關(guān)，v1214全開。計時，1min后第九步：充壓 在充壓時間內(nèi)逐漸打開v1209，充壓時間到第十步：并聯(lián)吸附 全關(guān)v1209，打開v1202、v1204，確認v1202、v1204全開，v1209全關(guān)，此時ms1、ms2均處于吸附狀態(tài)。計時，5min后第十一步：預泄壓 關(guān)閉v1201、v1203，確認v1201、v1203全關(guān)，此時進入ms2吸附、ms1再生的階段。計時，1min后第十二步：泄壓 打開v1210，確認v1210全開。計時，泄壓時間到第十三步：預加熱 關(guān)閉v1210，打開v1205、v1207，確認v1210全關(guān)，v1205、v1207全開。計時，1min后，第十四步：預加熱 關(guān)閉v1214，確認v1214全關(guān)。計時，1min后第十五步：加熱 打開電加熱器，確認電加熱器已開。計時，加熱時間到第十六步：冷吹 關(guān)閉電加熱器，確認電加熱器已關(guān)。計時，冷吹時間到第十七步：預充壓 關(guān)閉v1205、v1207、打開v1214、確認v1205、v1207全關(guān)，v1214全開。計時，1min后第十八步：充壓 在充壓時間內(nèi)逐漸打開v1209，充壓時間到返回第一步，計時器回零，進行ms1的吸附，程序循環(huán)進行。當總計時器停止時，各分計時器如加熱、冷吹時間也應(yīng)停止。并應(yīng)有跳轉(zhuǎn)時間，以便程序運行與實際工況相同。 兩個分子篩吸附器ms1、ms2交替吸附，交替卸壓。當ms1吸附工作完成后就要進入下一步的卸壓過程，為避免重復ms1的卸壓過程用流程框圖表示。ms2的工作過程與ms1原理相似，在這里不再贅述。以下是分子篩ms1的卸壓過程流程圖，請見圖2.6所示圖2.6兩個分子篩吸附器共有交替吸附卸壓兩次，上圖為ms1201的卸壓過程的順控示意圖。3、系統(tǒng)硬件配置根據(jù)此工程項目的具體i/o點及余量的要求（如下表），工程要求空分工藝使用集中式操作站，方便技術(shù)工人操作，控制流程畫面簡潔并且易于操作。對空分工藝控制準確，現(xiàn)場控制設(shè)備能經(jīng)受惡劣的環(huán)境等。分析工藝流程及此套空分裝置控制點少、產(chǎn)品是高純氮和高純氧，決定選用ge fanuc公司的控制硬件plc作為控制模塊。硬件配置見下表3.1：型號描述數(shù)量1ic693cpu364cpu364 module(240k bytes configurable user memary) embedded ethemet22ic693chs397base cpu 5slots use with cpu331/cse331 and above23ic693pwr321power supply 120/240vac 125vdc standard24ic693bem331genius bus controller25ic200gbi001remote i/o genius network interface unit36ic200pwr102power supply with expanded 3.3vdc 120/240vac input37ic200alg264analog input 15 bit current 15 channel48ic200alg326analog output 13 bit current 8 channel39ic200mdl650iutput24vdc pos/neg logic (4 groups of 8 ) 32 pt110ic200mdl640iutput24vdc pos/neg logic (2 groups of 8 ) 16 pt111ic200mdl750output24vdc pos logic 0.5a per pt (2 groups of 16 ) 32 pt112ic200alg620analog input 16 bit rtd 4 channel813ic200chs022compact i/o carrier box style1814ic646mps101logic developer-plc standard w/programming cable115ic646tdv300300 i/o point development system116ic646trt300300 i/o point runtime system117ic641hbr301max-on “standard” software for 90-30 hot stand by redundancy118上位機dell gx270 p2.4g 40g hdd 256m ram 52cd rom219顯示器dell crt 21 220打印機epson lq1600k 121plc機柜800*600*2100 標準機柜、 短路器、 繼電器、短子等 122操作臺滿足放置上位機、打印機等 大?。?200*1600*7501潤項目清單（控制要求：ai=46 ao=21 di=40 do=18 rtd=27 ）表3.13.1 系統(tǒng)總貌ge fanuc控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)組件、操作站（工程師站）硬件、現(xiàn)場控制站硬件三部分，基本結(jié)構(gòu)如圖3.1：圖3.13.1.1 plc的工作原理當啟動plc后，系統(tǒng)進入以下狀態(tài)的死循環(huán)，不斷地執(zhí)行下面的操作。見圖3.215 圖3.23.1.2 控制站i/o信號規(guī)模ai=46 ao=21 di=40 do=18 rtd=273.1.3 系統(tǒng)設(shè)備之間的連接ge-90/30系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)ethernet niu連接工程師站、操作站?，F(xiàn)場控制站通過genius niu網(wǎng)絡(luò)與ge-90/30 系統(tǒng)cpu的通訊卡通訊，遵循開放的tcp/ip協(xié)議。系統(tǒng)采用雙cpu熱備冗余方案，保證系統(tǒng)的可靠運行。3.2 操作站/工程師站工程師站可選用符合一定配置的pc機，也可在操作站上完成工程師站的任務(wù)。工程師站可采用移動式。操作站可采用專用的操作面板也可用普通的pc機。此次工程的總的硬件配置結(jié)構(gòu)拓撲圖如圖3.3示：圖3.33.3 現(xiàn)場控制站控制站硬件組成包括機柜、機籠、電源箱、主控卡、i/o卡等?？刂普緳C柜布置圖如圖3.4所示：控制站機柜依照通風散熱、防潮、防腐及安全等原則專門設(shè)計制造。機籠是控制站的基本安裝單元，由安裝架、母板、聯(lián)接端子等組成。主控卡（cpu卡）是現(xiàn)場控制站的軟、硬件的核心，完成控制站的i/o信號處理、控制計算、于上下層網(wǎng)絡(luò)通訊、冗余診斷等功能。i/o卡件的總體特點詩句有智能性、強抗干擾性和可選擇冗余或非冗余配置。所有i/o卡件全部采用磁隔離或光隔離，將干擾拒之于系統(tǒng)之外，通道間的隔離消除了信號之間的干擾影響，提高了i/o信號處理的可靠性。圖3.44、系統(tǒng)軟件組態(tài)過程我們在華潤空分kdon300/5000項目中用下位機軟件versopro.和上位機軟件cimplicity進行系統(tǒng)控制的組態(tài)。4.1介紹 cimplicity 混合控制軟件的特點 我們使用美國通用電氣公司的cimplicity 控制軟件來控制ge fanuc 9030 plc。美國通用電氣公司的cimplicity 控制軟件是新一代混合控制系統(tǒng)軟件，它為我們提供了一個兩全其美得選擇，既體現(xiàn)了plc的價格優(yōu)勢，又能實現(xiàn)dcs易于使用的特點。實際上，cimpilicity軟件既適用于過程操作也適用于批量控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，使得plc程序的開發(fā)更加快捷，簡單，成本更低。總之，plc的強大功能既適用于離散控制，也適用于過程控制。cimplicity軟件是一種適合于過程控制的新的解決方案。為連續(xù)控制開發(fā)策略與過程可視化提供整體解決方案。 cimplicity軟件是一個具有完整生命周期的系統(tǒng)，結(jié)合了最先進的軟件與硬件的優(yōu)點，利用與分布式控制系統(tǒng)相似的先進的控制策略和應(yīng)用程序，為過程工程師提供了豐富的過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，實施，歸檔，維護等工具。24.1.1 更貼近過程控制的開放系統(tǒng)cimplicity軟件的現(xiàn)代設(shè)計理念和靈活的體系結(jié)構(gòu)，可保證在裝置的規(guī)劃，工程實施，驗收，培訓，操作與維護各個環(huán)節(jié)的成本效益和操作的經(jīng)濟性，其中包括對將來擴容需要的考慮。這一開放式的平臺保證了著眼于將來的過程工業(yè)的先進的，經(jīng)濟的解決方案。 cimplicity軟件作為一個過程自動化的混合控制系統(tǒng)，它將數(shù)據(jù)存儲，通訊，組態(tài)三部分合為一體。該系統(tǒng)不僅用于過程控制工程，它同時涵蓋了整個自動化應(yīng)用領(lǐng)域，例如上游原料供應(yīng)工序和下游包裝工序等。利用cimplicity 混合控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)公司一體化自動控制，建立經(jīng)濟的，企業(yè)級的制造過程和加工環(huán)境的系統(tǒng)集成。8a.橫向系統(tǒng)集成帶有輔助過程的工程過程控制的橫向集成，是基于cimplicity采用相同的標準與經(jīng)驗證的控制器和i/o系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上的。cimplicity軟件融合了自動控制系統(tǒng)的所有優(yōu)點：（1） 硬件成本低。（2） 產(chǎn)品的質(zhì)量與穩(wěn)定性搞。（3） 系統(tǒng)部件選型快捷，簡單。（4） 在需要進行系統(tǒng)擴展時備件供貨周期短。（5） 全球化的備件供應(yīng)能力。 b.縱向系統(tǒng)集成公司級系統(tǒng)的縱向集成由兩方面組成：（1）公司級系統(tǒng)的縱向集成。（2）現(xiàn)場系統(tǒng)的集成。（3）操作管理級的數(shù)據(jù)交換的國際工業(yè)標準。例如tcp/ip以太網(wǎng)，opc，或eam，mes，erp等，可以實現(xiàn)將cimplicity軟件混合系統(tǒng)連接到公司級信息網(wǎng)上。（4）cimpilicity提供公司級的過程數(shù)據(jù)應(yīng)用，例如：eam(企業(yè)資產(chǎn)管理)mes(制造執(zhí)行計劃系統(tǒng))erp(企業(yè)資源計劃) （5） cimpilicity軟件特別適合于將現(xiàn)場系統(tǒng)連接到過程控制系統(tǒng)中。裝置上所配備的現(xiàn)場儀表是傳統(tǒng)儀表，智能儀表（例如hart協(xié)議），還是其它新型儀表并不重要，只要它是現(xiàn)場總線儀表即可。現(xiàn)場總線型儀表符合iec和isa國際標準基金會協(xié)議，并通過這種協(xié)議互連。具有如ff，profibus協(xié)議等通訊標準的系統(tǒng)都是面向其它廠商產(chǎn)品開放的系統(tǒng)。另外，通過串行接口或以太網(wǎng)，也可將執(zhí)行器與傳感器連接到系統(tǒng)上。c、開放性和靈活性除了其軟件適用于過程控制以外，cimplicity軟件還要選擇標準的ge funauc組件。（1）根據(jù)具體項目及不同設(shè)計要求需要，可從相關(guān)的分布控制系統(tǒng)和中央的i/o單元中進行選擇。（2）可從單用戶操作與監(jiān)視擴展到分布式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶系統(tǒng)。（3）添加相關(guān)軟件和硬件的功能。（4）cimplicity軟件具有良好的伸縮性能和擴展性能，可滿足工程現(xiàn)場對組態(tài)的各種要求，且成本低廉。（5）cimplicity軟件具有開放式結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用程序開發(fā)和數(shù)據(jù)傳送界面，以及從cad/cae圖形、文本與數(shù)據(jù)輸入輸出等工具。（6）cimplicity使用32位windows設(shè)計技術(shù)?？捎糜趙indows 2000環(huán)境，并且支持智能化與服務(wù)器系統(tǒng)中的windows 2000新型對稱多處理器處理方式。84.1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)其中cimplicity體系結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示：圖4.1一個基本的過程控制系統(tǒng)軟件可分為兩部分：系統(tǒng)軟件（又稱計算機系統(tǒng)軟件）和應(yīng)用軟件（又稱過程控制軟件）。dcs的軟件體系中包括了上述兩種軟件，但由于其分布式結(jié)構(gòu)的特點，又增加了諸如通信管理軟件、組態(tài)生成軟件以及診斷軟件等10。過程控制軟件包括：過程數(shù)據(jù)輸入輸出，數(shù)據(jù)表示（又稱為實時數(shù)據(jù)庫），連續(xù)控制調(diào)節(jié)，順序控制，歷史數(shù)據(jù)的存儲，過程畫面顯示和管理，報警信息的管理，生產(chǎn)記錄報表的管理和打印，參數(shù)列表顯示，人機接口控制，實時數(shù)據(jù)處理功能。其中具有報警檢測的過程數(shù)據(jù)的輸入輸出，連續(xù)控制調(diào)節(jié)，順序控制是在過程控制層的現(xiàn)場控制站實現(xiàn)的。過程畫面的顯示和報警記錄打印等在集中操作監(jiān)視層通過組態(tài)軟件完成。24.2系統(tǒng)軟件組態(tài)4.2.1 系統(tǒng)控制方案組態(tài)完成某一控制站的硬件組態(tài)后，可開始進行系統(tǒng)控制方案的組態(tài)?？刂品桨附M態(tài)又可分為常規(guī)控制方案組態(tài)和自定義控制方案組態(tài)兩部分。對一般要求的常規(guī)控制，系統(tǒng)提供的控制方案基本都能滿足要求，易于組態(tài)方偏操作，且在實際應(yīng)用中控制運行可靠。因此，對于無特殊要求的常規(guī)控制，建議采用系統(tǒng)提供的控制方案：手操器，單回路pid，串級pid,單回路前饋，串級前饋，單回路比值，選擇性控制采樣控制，smith補償，混合pi控制對有特殊要求的控制，必須根據(jù)實際需要，自己定義控制方案。4.2.2 操作組態(tài)操作組態(tài)完成操作站操作界面的定義，組態(tài)，主要包括流程圖畫面，數(shù)據(jù)庫登錄，系統(tǒng)報警，角色配置等。(1)流程圖制作流程圖制作軟件主要用于流程圖得繪制，以及對流程圖上得各類動態(tài)參數(shù)進行組態(tài)，這些動態(tài)參數(shù)在實時監(jiān)控軟件得流程圖畫面中可以進行實時觀察和操作。流程圖制作軟件功能齊全，編輯功能強大。以鼠標操作為主，輔以簡單得鍵盤操作，使用非常靈活方偏，無需編寫任何語句。cimpilicity和versapro軟件基于windows開發(fā)，用戶界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功能圖標，只需用鼠標即可輕而易舉地完成操作，使用更為方便簡潔。4.2.3 下位機組態(tài)軟件下位機組態(tài)軟件主要進行硬件設(shè)置方面的配置。下圖為versapro軟件的硬件配置圖如圖4.2所示：圖4.2versapro軟件是下位機軟件，是ge fanuc 基于windows 基礎(chǔ)上的為90-30 plc，versamax plc編程和組態(tài)的軟件，versapro被設(shè)計安裝在win95,win98,和winnt操作系統(tǒng)中。versapro提供了一個單一的編程接口，用于組態(tài)plc硬件，創(chuàng)建和編輯plc邏輯并且監(jiān)視plc邏輯的執(zhí)行。a、versapro軟件的內(nèi)容(1) 文件夾瀏覽：versapro是一個靈活的軟件包，我們可以選擇一種默認的語言和定制的窗口來編輯顯示。(2) 硬件組態(tài)：versapro默認的硬件平臺是versamax plc,但我們能組態(tài)所有的9030plc。(3) 邏輯編輯器：有2種語言(即梯形圖語言和指令表語言)用于編輯plc邏輯給9030 plc和versamax plc。(4) 語法檢查：versapro提供了一個工具用于在下裝程序之前檢測你的語法是否正確。(5) plc通訊：versapro支持串行和以太網(wǎng)方式與plc通訊。(6) 在線監(jiān)視：在線監(jiān)視和控制功能在參考顯示表和變量顯示表中被支持。(7) 錯誤表：錯誤系統(tǒng)中可提供plc錯誤表和i/o錯誤表。(8) 信息窗口：用于在versapro中顯示動作執(zhí)行結(jié)果。b、versapro軟件功能(1) 創(chuàng)建與plc邏輯和信息相關(guān)的文件夾。(2) 組態(tài)plc硬件即用于進行硬件點的配置包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置（如以態(tài)網(wǎng)ip地址的設(shè)定以及點的地址的分配,還有硬件類型的配置）。(3) 創(chuàng)建和編輯變更表。(4) 創(chuàng)建，編輯和監(jiān)視執(zhí)行的梯形圖邏輯。(5) 創(chuàng)建motion程序。4.2.4 上位機組態(tài)軟件此次用的上位機軟件是ge fanuc 公司的 cimplicity軟件，上位機軟件是用于接收plc寫入的數(shù)據(jù)和資源，同時通過控制按鈕控制plc的操作程序。a、啟動cimpilicity 軟件為了創(chuàng)建一個新的本地或遠程工程，選擇在cimplicity hmi菜單中的新建工程標，我們可以在一系列對話框中填寫：填寫工程類型，名字、協(xié)議及其路徑;工程類型:可以創(chuàng)建的工程類型依賴于所安裝的產(chǎn)品選項。例如:如果我們已經(jīng)安裝了hmi服務(wù)器選項，我們只可創(chuàng)建hmi服務(wù)器基本工程。b、創(chuàng)建一個新的工程啟動cimplicity軟件后，系統(tǒng)會自動探出一個對話框，如圖4.3所示圖4.3點擊create鍵后系統(tǒng)生成如下圖所示的對話框，繼續(xù)下一步的操作其具體操作如下一步驟，如圖4.4所示：圖4.4(1)工程名稱：即為這個工程的名字。例如：可以寫“huarun”。(2)協(xié)議：可以從所有安裝的選項中選擇出對本工程有用的選項。(3)工程路徑：使用驅(qū)動器以及目錄輸入欄為你所要創(chuàng)建的工程的目錄挑選一個目錄路徑如果你想要在你的網(wǎng)絡(luò)上其它的磁盤上創(chuàng)建你的工程選擇網(wǎng)絡(luò)。來定義網(wǎng)絡(luò)的路徑。當你已經(jīng)輸入了你的信息后，選擇創(chuàng)建。以偏創(chuàng)建新的工程或選擇取消創(chuàng)建申請。當你選擇創(chuàng)建。的以后，工程的組態(tài)將被創(chuàng)建并且工程屬性對話框?qū)⒋蜷_以顯示選項屬性。(4)設(shè)置工程屬性.工程屬性對話框?qū)⒈淮蜷_，我們可以：1)創(chuàng)建一個新的工程，并且從新建工程對話框中選擇創(chuàng)建；2)從一個工程的工程菜單中選擇屬性；3)點按在工程工具條上的設(shè)置按鈕，使用工程對話框選擇或更改一個工程的一般和選項屬性。在已經(jīng)修改屬性后，可以選擇確定接受所做的修正，也可以選擇取消關(guān)閉工程屬性對話框不接受任何修改。(5)使用工程向?qū)韺崿F(xiàn)這個新工程的初始的端口和設(shè)備以及數(shù)據(jù)的點的配置。過程如圖4.5所示：圖4.5經(jīng)過上面一系列不步驟下圖為初步建成的工程畫面圖，如圖4.6所示：圖4.6經(jīng)過填寫一系列的對話框一個新的控制工程的上位機組態(tài)工程就基本建立起來了。但是，新建的只是一個初步符合華潤控制項目的空數(shù)據(jù)庫，以下還有為數(shù)據(jù)庫填寫有關(guān)數(shù)據(jù)的具體而且細致的工作，例如建立控制點、增加控制設(shè)備、增加報警點等等。c、系統(tǒng)基本組態(tài)系統(tǒng)基本組態(tài)指完成對系統(tǒng)硬件構(gòu)成的軟件設(shè)置，如設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，冗余狀況，控制