DCS在制氧行業(yè)的應(yīng)用.doc

DCS在制氧行業(yè)的應(yīng)用1 工藝簡(jiǎn)介及控制要求1.1 工藝簡(jiǎn)介6000制氧機(jī)組工藝較復(fù)雜，主要流程（見(jiàn)圖1）：空氣壓縮機(jī)把空氣壓縮到0.56Mpa,流量為40000NM3/H，壓縮后的空氣通過(guò)預(yù)冷系統(tǒng),把空氣冷卻到12度左右,再通過(guò)純化系統(tǒng)除去水和二氧化碳等雜質(zhì),然后通過(guò)膨脹機(jī)制冷，使空氣冷卻到零下100多度，通過(guò)氧氣、氮?dú)?、氬氣冷凝溫度不同的原理，在分餾塔內(nèi)分餾出氧氣、氮?dú)?、氬氣，最后分別通過(guò)氧壓機(jī)、氮壓機(jī)、液氬泵把以上氣體分別加壓到用戶需要的壓力。1.2 控制要求控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行顯示、報(bào)警、趨勢(shì)記錄、操作記錄、報(bào)表自動(dòng)打印、聯(lián)鎖停機(jī)、自動(dòng)控制等。因?yàn)橐院罂赡茉黾油钙窖鯄簷C(jī)，控制系統(tǒng)要求擴(kuò)容性好，擴(kuò)容時(shí)對(duì)生產(chǎn)影響小。整個(gè)系統(tǒng)需要的檢測(cè)點(diǎn)溫度為130點(diǎn)左右、壓力差壓110點(diǎn)左右，調(diào)節(jié)閥50點(diǎn)左右，其它模擬量20點(diǎn)，各種設(shè)備運(yùn)行信號(hào)、聯(lián)鎖、控制、切換閥及調(diào)節(jié)閥閥位等開(kāi)關(guān)量120點(diǎn)左右，閉環(huán)控制回路有30多路?？諌簷C(jī)控制需求為啟動(dòng)前工藝條件滿足后才發(fā)出允許啟動(dòng)信號(hào)，空壓機(jī)才能啟動(dòng)，運(yùn)行時(shí)工藝參數(shù)到故障停機(jī)值自動(dòng)停機(jī)，油壓低于設(shè)定值自動(dòng)啟動(dòng)輔油泵。預(yù)冷系統(tǒng)要求嚴(yán)格控制液位，如工藝條件不滿足，聯(lián)鎖預(yù)冷系統(tǒng)所有水泵，不能啟動(dòng)水泵或自動(dòng)停水泵。純化系統(tǒng)控制要求較高，兩個(gè)分子篩輪流使用，兩小時(shí)后自動(dòng)切換（通過(guò)氣動(dòng)切換閥和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、16只），根據(jù)實(shí)際情況操作工可以通過(guò)操作站沿長(zhǎng)或縮短切換時(shí)間，污氮流量自動(dòng)控制，給定值根據(jù)不同時(shí)間自動(dòng)給定。膨脹系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，需要聯(lián)鎖允許啟動(dòng)、聯(lián)鎖自動(dòng)停機(jī)。分餾塔系統(tǒng)有十幾個(gè)液位、流量要求自動(dòng)控制。3臺(tái)氧壓機(jī)和4臺(tái)氮壓機(jī)要求溫度、油壓、水壓自動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)，油泵自動(dòng)啟動(dòng)等。2 硬件配置 6000NM3/H制氧機(jī)組偏化工類(lèi)，因此模擬量較多，控制回路較多，總共320點(diǎn)左右，因此采用原則上采用DCS（集散控制系統(tǒng)），其次采用PLC（可編程控制器），由于原來(lái)的變送器、調(diào)節(jié)閥、熱電阻等要利用，再加上就地到主控室不太遠(yuǎn)（不超過(guò)150米），因此外圍儀表采用模擬儀表，不采用總線型儀表，綜合性價(jià)比高等各種因數(shù)，采用浙大中控的DCS（JX-300X）。JX-300X基本組成包括工程師站（EX）、操作站（OS）、控制站（CS）和通信網(wǎng)絡(luò)Scnet ，Scnet 遵循開(kāi)放的TCP/IP協(xié)議工業(yè)以態(tài)網(wǎng)，通信速率為10Mbps，操作站間為100Mbps。如以后擴(kuò)容可以增加控制站和操作站，調(diào)試完后再把網(wǎng)絡(luò)聯(lián)上，對(duì)生產(chǎn)幾乎沒(méi)有影響。對(duì)于6000機(jī)組我們采用如下方案（如圖2），一個(gè)工程師站，一個(gè)操作站，兩個(gè)控制站，兩臺(tái)交換機(jī)。以上設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，并且1：1熱冗余，每臺(tái)控制站的主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡及通訊采用1：1熱冗余。根據(jù)工藝特點(diǎn)把系統(tǒng)分為壓縮控制站、空分控制站，便于以后維護(hù)?？諌簷C(jī)、氧壓機(jī)、氮壓機(jī)所有點(diǎn)位進(jìn)壓縮控制站，空冷塔、分子篩、膨脹機(jī)、分餾系統(tǒng)等進(jìn)空分控制站。2.1 工程師（操作）站a 操作站（OS），從控制站接收數(shù)據(jù)并加工，歷史數(shù)據(jù)歸檔，產(chǎn)生各類(lèi)報(bào)表，定時(shí)自動(dòng)打印。作用為操作工進(jìn)行監(jiān)視及操作。網(wǎng)絡(luò)為熱冗余備分。計(jì)算機(jī)配置：CPU為Pentium 1.7G，內(nèi)存為128MB的DDRAM，硬盤(pán)為40GB，21吋顯示器，64MB顯卡，雙網(wǎng)卡。b工程師站（ES）用于系統(tǒng)組態(tài)，設(shè)計(jì)控制程序，并下裝組態(tài)程序到控制站和傳送監(jiān)控程序到操作站。并且具有操作站所有功能。計(jì)算機(jī)配置：CPU為Pentium 1.7G，內(nèi)存為128MB的DDRAM，硬盤(pán)為40GB，21顯示器，64MB顯卡，雙網(wǎng)卡。2.2 控制站所有控制由控制站完成，每個(gè)控制站有一塊主控卡（可冗余），每塊主控卡可帶8個(gè)機(jī)籠，機(jī)籠核心部件是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡，每個(gè)機(jī)籠可插16塊I/O卡。a 主控卡（SP243X）主控卡是控制站的軟硬件核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制站內(nèi)的所有軟硬件關(guān)系和各項(xiàng)控制任務(wù)，如完成控制站I/O信號(hào)處理、控制計(jì)算、與上下網(wǎng)絡(luò)通信控制處理、冗余診斷等。熱冗余配置，它采用雙微處理器協(xié)同處理控制的任務(wù)，具有10Mb以太網(wǎng)的1：1熱冗余Scnet 接口，可以和操作站及其它控制站進(jìn)行通信。1Mb SBUS的I/O總線通信接口，實(shí)現(xiàn)舊地和遠(yuǎn)程I/O功能。b 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡（SP233）是系統(tǒng)I/O機(jī)籠的核心單元，主控卡連接I/O卡件地中間環(huán)節(jié)，它一方面驅(qū)動(dòng)SBUS總線，另一方面管理本機(jī)籠I/O卡件。cI/O卡件完成對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和輸出控制信號(hào)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過(guò)SBUS總線和主控卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。d智能設(shè)備通信和新氮壓機(jī)的PLC進(jìn)行通信采用通信接口卡（SP244），根據(jù)PLC的通信協(xié)議編制通信程序，通信接口卡掛在Scnet 過(guò)程控制網(wǎng)上與操作站、控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。e系統(tǒng)配置主控卡（SP243X）4塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡（SP233）20塊，電流輸入卡25塊，電流輸出卡12塊，熱電阻卡76塊，開(kāi)關(guān)量輸出卡12塊，開(kāi)關(guān)量輸入卡15塊。2.3 系統(tǒng)軟件a 操作系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)WINDOWS NT4.0，中文版本。b 組態(tài)軟件采用JX-300X組態(tài)軟件Sckey。c 監(jiān)控軟件采用JX-300X監(jiān)控軟件。 3 主要控制方案3.1 空壓機(jī)空氣經(jīng)過(guò)空壓機(jī)4級(jí)壓縮后，出口壓力必須控制穩(wěn)定，出口有一放空調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)放空閥開(kāi)度，以控制空壓機(jī)出口壓力穩(wěn)定，采用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。為防止聯(lián)鎖停車(chē)時(shí)空分氣體返吹造成空壓機(jī)反轉(zhuǎn)，必須在聯(lián)鎖停車(chē)時(shí)使空壓機(jī)放空閥全開(kāi)，為了防止低壓電掉電及儀表空氣失氣，空壓機(jī)放空閥不能動(dòng)作，從而導(dǎo)致空壓機(jī)出口壓力增加，空壓機(jī)發(fā)生踹振，放空調(diào)節(jié)閥采用氣關(guān)式，失氣時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，電磁閥采用兩位三通，并使失電時(shí)放空調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)，從而避免壓力升高，發(fā)生踹振?？諌簷C(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)口導(dǎo)葉在啟始位置、排油煙機(jī)運(yùn)行、放空閥全開(kāi)、油壓、水壓、空壓機(jī)（電機(jī)）各軸承溫度滿足條件，控制站才發(fā)出允許空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，空壓機(jī)才能啟動(dòng)。運(yùn)行時(shí)，油壓、水壓、空壓機(jī)（電機(jī)）各軸承溫度超過(guò)聯(lián)鎖停機(jī)值時(shí)空壓機(jī)自動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)。當(dāng)油壓低余第一下限時(shí)，控制站發(fā)出控制信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用油泵，以保證油壓穩(wěn)定。所有控制由DCS完成。3.2 預(yù)冷系統(tǒng)預(yù)冷系統(tǒng)目的把空氣冷卻到工藝需要的12，空氣從空冷塔下部進(jìn)入，向上走從頂部出，冷卻水通過(guò)冰機(jī)冷卻，由水泵加壓從空冷塔上部進(jìn)，噴淋而下，冷卻由下而上的空氣，最后冷卻水通過(guò)調(diào)節(jié)閥出，為防止空冷塔底部無(wú)液空氣順冷卻水出和冷卻水液位過(guò)高造成事故，要求嚴(yán)格控制空冷塔底部冷卻水液位。液位控制由單回路閉環(huán)控制，為防止液位控制失效，空冷塔冷卻水液位過(guò)高，冷卻水進(jìn)入空壓機(jī)和分子篩造成重大事故，必須聯(lián)鎖停水泵。采取了如下措施：a.空冷塔液位高于設(shè)定值聯(lián)鎖停水泵。為防止了空冷塔液位變送器引壓管上管進(jìn)水造成液位檢測(cè)失誤，水位無(wú)法控制，空冷塔液位變送器改為閥蘭式遠(yuǎn)傳變松器。b.由于空冷塔液位過(guò)高會(huì)使空冷塔阻力增加，因此增加阻力高于設(shè)定值聯(lián)鎖停水泵。c.空冷塔液位過(guò)高會(huì)使空冷塔出口壓力降低，因此空冷塔出口壓力低于設(shè)定值聯(lián)鎖停水泵。通過(guò)以上措施大大增加了安全系數(shù)。3.3 純化系統(tǒng)純化系統(tǒng)主要功能為除去空氣中的水、二氧化碳等雜質(zhì)，主要設(shè)備有兩個(gè)分子篩和一個(gè)電加熱器，一個(gè)分子篩工作時(shí)吸附空氣中的水、二氧化碳等，另一個(gè)分子篩用加熱器加了熱的污氮反吹除去吸附在分子篩的水、二氧化碳等，完后用常溫污氮冷卻分子篩，兩小時(shí)后分子篩自動(dòng)切換，原工作的分子篩切換為自清除，自清除的分子篩切換為工作狀態(tài)。共有12個(gè)調(diào)節(jié)閥和切換閥，全由DCS自動(dòng)控制，同時(shí)DCS控制加熱器，根據(jù)不同時(shí)段加熱或不加熱。根據(jù)工藝要求，分為4個(gè)大的時(shí)間段，18個(gè)小的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段操作工可以根據(jù)運(yùn)行情況延長(zhǎng)或縮短運(yùn)行時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)可以從任意時(shí)間段啟動(dòng)，并可從上次停車(chē)時(shí)的時(shí)間段啟動(dòng)。在冷吹，均壓等階段，要對(duì)壓力，流量閥位自動(dòng)調(diào)節(jié)。因?yàn)榭刂茝?fù)雜，采用SCX（類(lèi)C語(yǔ)言）語(yǔ)言編寫(xiě)。根據(jù)運(yùn)行不同時(shí)間段，程序必須聯(lián)鎖住分子篩的加熱器，不用加熱的時(shí)間段，斷開(kāi)加熱器，操作工也不能開(kāi)啟加熱器。這里重點(diǎn)就污氮流量控制加以說(shuō)明，工藝流程及控制（如圖3），污氮從空分上塔來(lái)，在自清除時(shí)污氮從FCV1201A走，冷吹時(shí)污氮從FCV1201B走，切換時(shí)和其它時(shí)間段從FCV1201C放空，為了切換時(shí)不影響上塔，要求污氮流量各個(gè)時(shí)間段穩(wěn)定，因此采用3個(gè)單回路閉環(huán)調(diào)節(jié)，當(dāng)向自清除切換時(shí)，F(xiàn)CV1201C對(duì)應(yīng)的回路采用自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，F(xiàn)CV1201B全關(guān)，程序自動(dòng)逐漸打開(kāi)FCV1201A，當(dāng)FCV1201C對(duì)應(yīng)的回路輸出閥位信號(hào)為零時(shí)，程序自動(dòng)把FCV1201C切為手動(dòng)，完全關(guān)閉，同時(shí)把FCV1201A對(duì)應(yīng)的回路投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，程序自動(dòng)植入設(shè)定值，以達(dá)到流量恒定，不影響空分上塔。自清除向冷吹切換等程序類(lèi)似，不在繁訴。3.4 分餾系統(tǒng)分餾系統(tǒng)功能是分離出各種氣體，它在分餾塔內(nèi)，溫度非常低（零下100多度），需要控制主要是壓力、流量、低溫液體液位等，壓力、流量、液位檢測(cè)特別重要，不同氣體液化溫度不同，防止取壓管非水平段出現(xiàn)液化和汽化，造成測(cè)量不準(zhǔn)，塔內(nèi)可能汽化或液化的地方要水平敷引壓管。共13個(gè)量要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，全采用單回路閉環(huán)控制，PID參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，運(yùn)行時(shí)根據(jù)控制情況調(diào)整。3.5 膨脹系統(tǒng) 膨脹系統(tǒng)功能是產(chǎn)生冷量，空氣沖擊膨脹機(jī)葉輪，使膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)增壓機(jī)旋轉(zhuǎn)，對(duì)外做功，空氣溫度下降，產(chǎn)生冷量。需要控制的有增壓機(jī)流過(guò)的空