全集成DCS控制系统在PVC化工行业的应用

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  随着DCS系统技术不断进步和我公司多套DCS、PLC系统的成功投运,DCS控制系统不再局限于某单位工序控制,实现相关装置集中控制已成为现代新型工业化的发展方向,青海盐湖工业股份有限公司化工分公司PVC一车间采用全集成控制系统成功地实现PVC化工装置、公用工程和成套设备集中控制,系统集成度高、自动化程度高、联锁水平高。Honeywell PKS系统自2009年10月运行以来,系统运行稳定、可靠、操作简便、人员少、后期DCS系统运行维护成本低。
  一、DCS系统概述
  DCS主要包括过程控制装置、数据采集装置、人机接口装置、监控计算机、通讯系统五部分组成。它是集计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术的结合,是完成过程控制,过程管理的现代化设备。本装置DCS系统配置主要采用:冗余服务器、冗余控制器、冗余控制网络以及冗余电源的模式,实现了对过程数据的高性能采集、控制和监视。
  PVC和VCM装置的DCS控制系统选用的是美国Honeywell公司生产的PKS R210系统。两个装置的DCS控制系统分别设有PVC、VCM装置中心控制室,其中PVC装置有7台操作站、VCM装置有6台操作站。通过DCS对工艺过程进行集中控制、监测、记录和报警,装置的主要操作参数均引入控制室,通过DCS控制系统对生产过程进行实时控制,完成数据采集、信息处理、过程控制、安全报警等系统功能。为了便于操作员更好的对本装置生产过程进行监控,对一些关键控制参数分别设置了高高报警、低低报警、高报警、低报警四级报警。以便提醒操作员对生产过程进行有效控制和及时处理。
  二、系统组成及功能
  1.工程师站
  工程师站主要用来实现对本装置系统进行实时管理、系统组态、以及日常维护。同时采集控制站实时数量,历史存储、报警事件记录等。
  2.操作员站
  操作员站是最重要的人机交互界面,主要用于对生产现场的监视、控制、操作和管理。
  三、使用方法
  1.操作员职责
  监视DCS系统运行,预防可能产生的危险。
  随时干预系统运行,确保安全、正常生产。
  系统授权运行参数的更改。
  维持控制室秩序、爱护设备,文明操作,保持清洁,防灰防水。
  2.系统异常情况处理
  DCS操作界面数据不刷新(正常情况数据每秒刷新一次),手自动切换无法操作等情况,应联系仪表进行维护。同时立即到现场操作。
  出现变送器故障,自动控制过程应立即切回手动。
  出现阀门等执行机构故障现象,应改为现场操作。
  出现系统卡件故障时应把相应控制回路切回手动,并更换故障卡件,检查确认故障消除后方可再次投入自动。
  


  DCS系统出现异常断电,应改为现场操作。重新上电后,要求工程师检查系统情况,检查回路参数等系统数据是否正常,确认各调节阀的开度。若有异常应重新下传组态,一切正常后方可再次投入自动。
  其他异常情况请参照岗位操作规程执行。
  3.报警处理
  工艺指标产生报警时会有声音提示,报警信息在报警信息栏和报警一览画面中指示,报警情况了解后,用消音按钮关闭当前的报警声音。
  4.检测控制点
  包括温度、压力、液位、搅拌电流检测、及冷却水调节阀、热水、回水开关阀控制等。检测控制点与现场仪表一一对应。计算机控制系统能否正常工作与这些检测控制点密切相关。
  5.系统网络
  信息网络用途:实现操作员站与工程师站的互连
  特性:采用 TCP/IP 以太网;传输速率 100Mbps;采用五类双绞线
  监控网络用途:实现工程师站与 C200 控制器的互连
  特性:采用 Control Net 网络;传输速率 5MB/s;采用屏蔽同轴电缆
  I/O 网络用途:实现 C200 控制器与过程 I/O 模件以及过程 I/O 与现场设备的互连
  特性:采用专用的 PM I/O 专用电缆
  在本系统中,大多数网络(过程I/O与现场设备采用单连接)采用可靠性高的双冗余结构,这可以保证在任何一条网络发生故障中断的情况下不影响系统通讯,大大提高系统的可靠性。
  6.C200 过程控制器
  功能说明:过程控制器完成下列功能:I/O 处理,RS232/RS485(Modbus)通讯,数据采集、模拟控制、批量控制、顺序控制。另外控制站还可以具有复杂控制功能,如 PID 参数自整定,模糊控制和先进控制功能。
  控制器完成全部的监测调节和顺序控制功能,包括:温度、压力、流量、液位的监视、PID的调节和各种复杂调节、各种阀门的开关、各种泵的起停顺序控制、各种设备运行状态的监视及联锁保护等。
  7.模块的功能特点及技术指标
  本系统 I/O 子系统采用了具备最高可用性及鲁棒性的过程管理站I/O(PMI/O)。PMI/O 包含 I/O 模件以及对应的 FTA 端子板,采用与现场一体化供电的方式,方便了安装与维护,同时所有 I/O 模件具有开路/短路检测功能并均可带电插拔,且具有输出保持。
  系统 I/O 模件的主要功能是进行信号调理及 A/D、D/A 转换、并完成包括线性化、工程单位转换在内的各种数据预处理,同时可对信号进行数字滤波。I/O 模件的参数设置均由组态软件完成,不必开关跳线及电位器进行调整。每个 I/O 模件的扫描周期可根据需要分别进行设置。I/O 模件具有自诊断和内部工作温度监测报警功能, 所有 I/O 模件均可设置故障安全值(数据保持/预设值/最大或最小值),一旦模件故障或通讯出错,输入输出结果即可切换到事先组态好的安全值。
  FTA 端子板是为了便于现场接线而采用的智能模块结构。根据信号的不同,每块 FTA 板可以提供 16通道、 32通道接线端子。
  在连接文件卡板箱和 FTA 模块时,要注意两者位号一致,防止接错。对于大多 FTA 模块可以通过标准专用电缆直接与文件卡板箱进行连接,低电平模拟输入信号是一个特例。低电平模拟输入信号 FTA 需要经过低电平输入配电器与文件卡板箱相连,每个低阶输入配电器可以带 2 块低电平输入模块,这 2 个模块需要通过跳线设 置低 16 位以及高 16 位。
  8.Server(服务器)
  8.1作用
  8.1.1用来存储过程、历史、实时数据
  8.1.2负责命令的下达和数据上传
  8.2Server的数据库系统:
  8.2.1RTDB (实时数据库)
  它存储的是现场采集的信号和操作站发出的信号,其特点是驻留在内存,当系统断电时会自动消失,其存储的组态数据被放在ERDB中。
  8.2.2ERDB(工程师数据库)
  它支持工程师数据组态。
  8.2.3EMDB(企业模型数据库)
  它用來存储企业组态的流程图。
  9.Station(工作站)
  9.1人机界面
  9.1.1Web绘图语言
  9.1.2易于开发
  9.1.3在brower或outlook中均可浏览到画面
  9.2 开放性的硬件系统:
  9.2.1基于PC的硬件
  9.2.2Flex
  9.3 类型
  Flex型工作站
  只能从Server中读取数据
  10.网络连接方式
  采用Controlnet网络连接,控制器卡件通过Server连接到Ethernet网络,PCIC与CNI(控制网络结构卡件)通过光缆(Cable A 、Cable B)连接。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  系统总体配置图
  三、DCS操作
  1.调出操作步骤
  方法1:流程图名字+Enter
  方法2:用户功能键直接调出。
  2.流程图显示的通用信息
  2.1流程图标题。
  2.2点的状态显示,一般项目有:点位号FIC-0105、PV值(测量值)、SP值(设定值)、OP值(输出值)、P(Program)程序,A(AUTO)自动,M(MAN)手动,C(CAS)串级,它同时是一个图标,用来调用参数改变区,或和其他的图标组合来完成其他的调用功能。
  2.3参数改变区(CHANGE ZONE),点的类型不同,改变区的显示略有不同。通过选择流程图上组态好的某点调出参数改变区。
  3.参数调节
  当操作员选择了一个点后,其参数改变区则显示在屏幕下方,此时操作员可对该点进行相应的调节。
  3.1控制状态:鼠标点击下拉列表中的一项,然后回车,该点则执行此控制状态。
  3.2控制方式:自动、手动、串级控制,鼠标点击下拉列表中的一项,然后回车,该点则执行此控制状态。也可用键盘调用。
  3.3改变参数值:过程测量值、给定值、输出值的调节是通过点击其图标后,在其输入区内输入期望值即可。
  4.组编辑显示
  系统提供了组编辑显示使你能够将点加到组显示中去或从组显示中删除点。
  4.1调出步骤
  4.1.1从系统菜单中选择“GROUP EDIT DISPLAY”调出组编辑窗口。
  4.1.2选择一个组
  4.1.3“改变一个点或这个组的标题”或“删除一个点或这个组的标题”或“调出选择的组显示”。
  4.1.4该组的“标题改变区”和“点改变区”显示在窗口底部。
  4.2修改组标题
  在“标题改变区”内输入新的标题后回车。
  4.3修改一个点
  选择某点并在该“点改变区”内重新输入一个点的位号。
  5. 改变趋势时间
  正常情况下可显示1分钟到96小时的不同时间段趋势,每一种时间段有其相应的“按钮”,选择它,则当前趋就更新为新的时间段显示。
  当组趋势显示第一次调出时,按该组态的时间长度(时间轴)检索历史PV值,如果你要改变时间轴,例如:从20分钟到1小时,这些瞬时值将从历史模件中检索,并绘出轨迹。
  你可以使用时间滚动图标来向后滚动趋势图(直到不能再获得更早的历史数据)或向前滚动(直到轨迹消失为止)。
  6.细微趋势
  细微趋势允许用户在细微光标位置去查看数字数据值,而不必进入到历史菜单检索历史报告来查看点的趋势。
  微调细微光标允许用户有选择地查看某点的收集值。
  7.保存/恢复组趋势设置
  保存/恢复允许你保存一个组趋势设置的数值以便下一次启动自动显示。这种设置保存在HM的STS文件中。
  8.信息处理步骤
  8.1报警确认
  在区域报警显示上:按“ALMSUMM”键,区域报警显示出现,再按“ACK”键,则该页所有未被确认的报警全部被确认。
  8.2恢复丢失的事件
  先确认报警,然后按“EVENT RECOVERY”按钮,再回车,恢复丢失的过程事件完成。
  9.操作员键盘
  操作员键盘,它允许操作员调用显示画面,控制光标移动,输入操作数据或完成相应的功能。
  操作员键盘分为两个主要部分:用户功能键和标准键。
  标准键在键盘的右部,是由Honerwell预先定义好的,完成一些特定的功能。通常不能改变,其中一些键闪灯是为了发布一定的过程事件或指示特定的状态。
  用户功能键是指键盘左部的85个键。,它们是用户能够定义或可组态的,以完成一些功能。如调用一些重要的或者频繁使用的画面,或在一个控制台内调用交叉屏幕显示画面,或驱动一个特定的控制语言程序。
  测试键:位于用户功能键的左上角,用来测试键盘上的报警指示灯。
  标准键部分:使GUS硬件复位,指示电源电压在正常的范围内。如果GUS硬件故障,该指示灯亮。
  四、仪表逻辑控制说明及工艺控制流程图(PID)
  1.VCM装置大部分控制回路采用单回路定值控制和复杂控制回路,由DCS控制系统完成。
  1.1复杂控制回路说明
  采用不止一个控制器,而且控制器间相串接,一个控制器的输出作为下一个控制器的设定值的系统。
  1.2 单回路定值控制
  开关控制。
  开关控制与选择性控制的主要区别在于开关控制需要人为地进行选择。
  2.VCM装置联锁因果表
  2.1混合器温度联锁
  当三点温度TE-0109a、b、c其中两个温度点达到50。C时联锁启动,将自动关闭C2H2总管阀门04-XV-0101,其次关闭HCL总管阀门04-XV-0102。
  2.2气柜液位联锁
  当三个液位LT-0306a、b、c其中两个低低报时联锁启动,将自动关闭逆水封04F0306出口切断阀04-XV-0302。
  2.3氯乙烯成品贮槽液位联锁
  2.3.1当氯乙烯成品贮槽液位04-LT-0503低低报时贮槽出口切断阀04-XV-0505关闭,且送电气停止单体送料泵04J0502a、b;
  2.3.2当氯乙烯成品贮槽液位04-LS-0505高高抱时贮槽入口切断阀04-XV-0504关闭;
  2.3.3当氯乙烯成品贮槽压力PT-0505和温度TE-0502都高高报时,出口切断阀04-XV-0505关闭、入口切断阀04-XV-0504关闭、送电气停止单体送料泵04J0502a、b;
  ④氯乙烯成品贮槽出口切断阀04-XV-0505关闭时,将停止送电气单体送料泵;
  2.4水洗塔水高位联锁
  当水洗塔进酸泵04J0301a、04J0301b同时停止后,阀04-XV-0301自动打开,水洗塔开始加入水。
  2.5VCM压缩厂房通风风机联锁控制
  当VCM压缩机厂房有毒气体检测器04-TDS-0425测得VCM浓度达到1.8%时,VCM压缩机厂房6台通风风机EF-1/2/3/4/5/6同时启动。
  2.6不合格单体槽联锁控制
  当DCS手动开关04-HS-0502a/b关闭,不合格单体储槽a/b出口切断阀04-XV-0502a/b就关闭,此时,不合格单体泵04J0501a/b停止。
  3.投运效果
  系统自2009年11月投运以来,从未发生误操作、误动作,有力保证整个装置安全运行。
  系统安全大联锁实现公司生产运行应急处理自动化、事故预警更规范、可操作性更强、事故恢复性更快、运行安全性更高。
  系统安全大联锁,有效防止设备损坏、人员伤亡和环境污染,对于盐湖化工积极推进安全环保型生产目标和稳定员工工作情绪具有重大积极的贡献。
  4.运行效果分析
  盐湖化工PVC装置全集成控制系统的投运,标志PVC化工行业自动化水平提升到一个新的里程碑,生产过程自动化水平高,大幅减少人为因素造成的物料损耗,仅此项可为公司节约资金500万元。
  该项目采用PKS全集成控制方案,通过过程自动化和中控室整合实现劳动生产率大幅度提升,为盐湖化工转型创造了条件,现盐湖化工PVC装置DCS操作人员仅20人,装置能力:PVC产量10万吨/年,VCM产量10.1万吨/年,劳动生产率同比提升近40%,仅人力成本方面,每年至少可为公司固定节约200万元。
  该项目因采用PKS全集成控制系统方案,本装置采用一套DCS系统,由于规模效应,大幅降低系统采购价格和配件供给价格,仅DCS采購为公司节约资金200万元。
  生产安全环保控制方面,因实现公司级系统安全大联锁,有效保证在法生产事故时对系统、设备、人员、环境的保护,创造了良好的社会效益。
  五、结束语
  该系统投运一年多来,DCS系统运行稳定可靠,确保生产装置安全、平稳、长周期经济运行,也为盐湖化工乃至氯碱化工行业生产管理模式变革创造了条件。系统的开启与停止、操作人员口令等系统维护工作由专职人员完成,未经授权人员不得进行此操作。操作站计算机、键盘和鼠标为专用设备,严禁挪用。特别注意:为保证系统正常运行,不许在操作站计算机上运行任何其它非系统软件,否则会造成严重后果。
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