1、背景分析
鹽業是國民經濟體系中特殊而又重要的行業, 其產品既是化學工業的基礎原料, 被廣泛地應用于各種工業、農業及牧業。又是人民生活必不可少的營養素。
在我國, 鹽的生產已有五六千年的悠久歷史。新中國成立之后, 我國的鹽業獲得飛速發展, 井礦鹽生產裝置的現代化、大型化、鹽產品品種多樣化及鹽業資源綜合利用等制鹽生產技術取得了長足的進步, 使得我國鹽業跨入了一個嶄新的階段。
全國2005 年鹽的總產量為4850 萬噸, 制鹽生產能力達到5500 萬噸。2006 年的全國鹽業工作會議強調要始終以科學發展觀統領工業發展, 促進工業由大變強。并通過制定行業的產業政策和發展規劃, 把走新興工業化道路和科學發展觀具體化。在“十五”期間, 還要淘汰、關閉行業中產能落后的大量企業, 提高行業的自動化水平已成為當務之急。
2、自動化系統設計
2.1、現場儀表選型
真空制鹽工藝需要進行溫度、壓力、流量、液位的信號檢測和閥門的自/ 手動控制。
溫度儀表: 選用E 分度熱電偶或Pt100 熱電阻
壓力儀表: 壓力變送器和壓力表
流量儀表: 孔板流量計和電磁流量計
液位儀表: 靜壓法蘭液位變送器和磁翻柱液位計
閥門控制: 電動/ 氣動執行器
2.2、控制系統概述
2.2.1、控制系統構架
控制系統由工程師站、操作員站、過程控制站、IO 站和通訊網絡組成。雖然國內外各廠家的產品眾多, 對于硬件部分稱謂略有不同, 但整個構架卻基本一致。因而, 通過下面的介紹, 便于我們了解整個控制系統的構架、設計思路以及軟硬件實現的各種功能。
(1) 工程師站
由高性能計算機組成, 接入網絡系統后, 實現過程控制站控制策略的組態設計、控制站硬件狀態的監測、控制程序的下載、在線監測、參數修改等功能,適用于系統開發/維護人員使用。通過安裝人機界面軟件后, 可兼作操作員站使用。
(2) 操作員站
由高性能計算機組成, 接入網絡系統后, 是現場操作人員實現生產監控的操作平臺, 顯示美觀的各種工藝流程畫面、系統控制功能畫面、現場檢測參數畫面等, 實現數據報警、存貯、查詢和管理, 提供報表打印等功能。
(3) 現場控制站
由控制器電源、控制器、通訊模件組成, 是整個控制系統的核心部分。控制策略由現場控制站具體實現, 是整個系統的數據計算和處理中心。
(4) IO 站
由IO 站電源、通訊模件、信號輸入/輸出模件等組成(分為: AI/AO2模擬量輸入/輸出, DI/DO2開關量輸入/輸出, RTD/TC2熱電阻/熱電偶輸入等) 。外部輸入信號經過IO 站調理后提供給現場控制站處理, 并接受現場控制站的命令, 把控制信號輸出到現場調節儀表。
(5) 通訊網絡
由兩級通訊總線組成, 第一級為工程師站/ 操作員站與現場控制站通訊, 第二級為現場控制站與IO站通訊。
不同廠家雖然結構一致, 但通訊協議可能略為不同。第一級一般使用工業以太網絡, 使用現今通用、開放的TCP/IP網絡協議, 便于不同廠家產品之間的通訊。第二級使用國際標準的Profibus、Modbus、Can 等總線或廠家專用通訊總線。
2.3、系統設計應用
以某鹽廠30 萬噸/ 年真空制氧DCS 控制系統為例, 使用美國GE 公司的90 - 30 控制系統來敘述系統的組成配置方法, 可靠性、可擴展性的設計實現,完成的系統功能等。
2.3.1、VersaMax IO 站配置
統計設計時AI、AO、DI、DO、TC、RTD 的IO 點數, z*好為每種類型的IO 增加10 %到15 %的富裕量。
用配置的IO 點數除以每塊IO 模件的通道數,就可以得到需要配置的各種IO 模件的塊數。GE 公司的每個Ver saMax IO 站可配8 塊IO 模件, 然后給每個IO 站配置上相應的NIU 通迅模件和電源模塊, 就完成IO 站的配置。每個IO 站的第二級Genius 通訊總線可冗余配置。
2.3.2、90 - 30 系統現場控制站配置
90 - 30 系統現場控制站需要配置控制器、電源模件、以太網通訊模件、Genius 總線通訊模件, 才能正常工作。
可配置兩套現場控制站, 用作冗余控制站, 兩級通訊總線可在控制站中配置雙通訊模件實現通訊網絡冗余。
2.3.3、工程師站/ 操作員站配置
依據現場操作方便和系統規模, 可靈活配置一臺工程師站, 兩臺或更多的操作員站, 其中工程師站可兼作操作員站。
工程師/ 操作員站可使用美國Dell 高性能計算機, 安裝工程師站/ 操作員站相應軟件。可配置雙網卡實現兩路數據冗余通訊。
2.3.4、軟件系統
整個控制系統的需要使用的軟件分為: Window2000/ XP 操作系統軟件; Max2ON 控制站冗余配置軟件; Cimplicity Me 控制站策略組態軟件; Fame2view 操作員站人機界面軟件。根據計算機的數量需配置不同套數的軟件。
開發人員使用策略組態軟件實現系統的控制算法, 調試下載完成后, 設計不修改就勿須改動。現場操作人員只需掌握直觀的人機界面軟件操作就可控制生產。
2.3.5、冗余配置
上文多次提及冗余這個概念, 就是使用加備用的意思。在兩路冗余的情況下, 一路正在使用, 另一路處于備用狀態, 備用檢測使用的狀態, 在使用那路出現故障的情況下, 系統能夠自動切換到備用線路, 不影響系統正常工作, 提高了系統的可靠性。同時結合90 - 30 系統的帶電拔插模件功能, 更增強了系統的可擴展性和可維護性。
在本系統中, 我們實現了電源、控制器、兩級通訊總線的冗余設計, 在這幾個關鍵點的故障發生都不會影響系統的正常工作, 保障了制鹽生產的正常進行。
2.3.6、系統功能介紹
a. 畫面顯示
◆系統標題畫面2初始畫面
◆工藝流程畫面2顯示蒸發、干燥等動態工藝流程圖
◆檢測參數畫面2匯總顯示所有檢測點參數趨勢記錄畫面2顯示監測點的時間數據曲線控制回路畫面2顯示模擬量控制和順序控制的回路畫面
◆報警畫面2顯示監測點的即時和歷史報警記錄
◆工藝報表畫面2顯示班報表數據
b. 報警功能
對監測點設置報警的高/ 高高/ 低/ 低低限值, 超限后, 系統自動記錄數據、監測點閃爍并語音報警。
c. 控制功能
◆模擬量控制2 Ⅰ效至Ⅴ效蒸發室、閃發桶、冷凝水平衡桶液位、蒸汽減溫減壓控制連續自/ 手動控制
◆順序控制2 Ⅰ效至Ⅴ效排鹽、沖洗自/ 手動控制
d. 參數設置
◆在線設置控制回路的自/ 手動狀態
◆在線設置PID 回路參數
◆在線設置排鹽、沖洗自動控制的開、關時間
◆在線設置報警點限值
e. 報表打印
定時或即時打印班報表、屏幕畫面和參數表
f . 數據處理
◆檢測參數存貯
◆歷史數據查詢
◆流量積算
g. 安全管理
設置分級密碼, 不同權限用戶享受不同等級的系統操作控制權限, 防止誤動作。通過用戶等錄的操作記錄, 可進行事故追蹤。
3、結束語
本文的設計方法在江西鹽礦有限責任公司、重慶合川鹽化有限責任公司、山東岱岳制鹽有限責任公司等真空制鹽和鹽硝聯產生產工藝中得到了成功的應用。望自動化行業和制鹽行業的各位同仁不吝寶貴意見, 共同探討, 全面提高行業核心競爭力, 促進制鹽工業的發展, 以更好地滿足國民經濟建設和社會發展的需要。
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