近年来自动化技术,特别是计算机技术在工 控领域的普及,推广速度较快。在降低能源和原 材料消耗、提高产品质量、确保安全生产、改善 和加强企业管理等方面已取得了明显的经济效益 和社会效益,自动化装备水平和运行水平已成为 衡量整个企业技术先进性、合理性的一个重要因 素。
随着工业自动控制仪表的自动化程度的提 高,在国内外出现了大量的自动控制产品,从早 些时候的单回路、多回路控制器到时下流行的 DCS,再到目前世界各大公司纷纷宣传推出的各 种现场总线控制系统,其发展趋势是大型化、综 合化、网络化。
近年来,我们在进行国外某大型糖厂设计 时,外方对自动化的要求很高,明确要求采用智 能化计算机网络和现场总线控制系统。
根据标书的要求,综合考虑到本工程的投资 状况、管理及技术水平、外部技术协助条件、工 艺主体设备的先进程度、国内外同行业的状况等 多种因素。该大型糖厂自动化控制测量仪表与计 算机网络采取的装备水平按当前国际先进水平,国内同行业领先水平考虑。我们在方案选择上按 照“注重效益,适当超前,集中管理,实用安全, 综合监测,分段控制”的原则着,眼于长远,瞄 准国内外领先水平和技术,建立车间(或工段) 级计算机管控一体化系统(工程师站或操作员 站),并能与厂级综合管理系统联网,使该大型 糖厂基本建设成为工控自动化和管理计算机网络 化的现代化企业。
其计算机网络控制系统结构见图1。
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图1 糖厂计算机网络控制系统结构图 |
计算机网络控制系统分为3个层次。
我们为本工程选择了先进、可靠、完整的、 代表ABB最新技术的Freelance 2000分散控 制系统管理级网络(包括应用软件、数据库)组 成工厂主干网。由综合管理中心对全厂各部门、 各车间(或工段)工程师站(或操作员站)进行 网络管理和技术管理,及时了解相关部门、车间 的各种信息,发布重要信息和生产指令。并负责 技术开发,进行远程用户和广域网间协调,并可 在异地通过英特网或电话线用PC机或笔记本电 脑了解本厂的生产运行情况,处理相关事项。综 合管理中心可专设一台工作站通过英特网负责与 外界相关公司、单位交换信息,及时了解国际制 糖行业的最新动态,加强制糖市场供求联系,销售信息跟踪和预测分析,为今后开展“电子商务” 作好技术准备。
系统划分的原则是:
①网络管理选用1套冗余的ES工程师站, 用于对全厂各部门、各车间(或工段)工程师站 (或操作员站)进行网络管理和技术管理。
②网络通讯选用1套冗余的ES工程师站, 用于通过英特网负责与外界相关公司、单位交换 信息。
综合管理中心设备的配置包括人机接口站和 工程师站,系统中的人机接口站采用高性能的 DELL主机,WINDOWS NT操作系统作为平台。工 程师站采用高性能的DELL机硬件,Windows NT 系统作为运行平台,因此具有很高的可靠性,设 备的数量是根据运行要求配置的。
综合管理中心配置一套84”大屏幕、操作台 及打印机操作台,提供一张工程师操作台;工程 师站配置可读写光驱。
工程师站:运行ABB的网络管理软件,用于 对全厂各部门、各车间(或工段)工程师站(或 操作员站)进行网络管理和技术管理。
通过Freelance 2000分散控制系统操作级 网络(包括应用软件、数据库)组成100M车间局 域网。由工程师站对本车间各工段操作员站进行 监控、管理。工程师站对本车间的生产要素(例 如设备运行,产品产量,计划安排等)进行实时 监控,对生产进行优化和调度。可了解相关车间 的生产信息,并可反映全厂综合管理中心传来的 重要信息和生产指令。工程师站CRT有总貌显示 (所有的主要参数),区域显示(一个车间甚至一 工段)等。系统提供实时和历史趋势记录,历史 数据被送到中心硬盘,并可压缩以存储历史数 据。并可通过计算机网络进行历史数据的回顾分 析,生产分析、事故分析及对生产运行等情况进 行查询。
在压榨车间、制炼车间和热电站分别设置集 中控制室。
(1)压榨车间工程师站(局域网)与工厂主干网 联网,它包括:1套压榨机操作员站(UOPS),包 含压榨微机核子皮带秤系统、计算机混合汁自动 计量子系统、渗透水温度测控子系统、闭路电视 监视子系统;1套压榨汽轮机操作员站(UOPS) o
压榨车间设置碎蔗、混合汁、渗透水流量测 量、积算;渗透水温度,压榨机、汤加撕裂机、 汽轮机轴承温度指示;蒸汽、润滑油压力指示; 压榨汽轮机转速指示;输蔗带速度指示;各种泵 出口的压力指示。闭路电视分别监视电磁除铁 器、汤加撕裂机、去电站蔗渣输送带运行情况。 并设置部分就地测量显示仪表,以便操作人员就 地调试、观察。
控制方式采用集中控制方式。在集中控制室 内可完成设备正常运行工况的监视和调整、异常 工况的报警和紧急事故处理,在少量就地运行人 员的配合下,可实现设备的分阶段半自动启/ 停。集中控制室内的控制盘上只布置大屏幕,少 量重要参数的监视仪表和报警信号光字牌以及部 分操作按钮,旨在DCS系统出现全局故障时,安 全停机。
系统划分的原则是:
①压榨机选用1套冗余的AC800F控制站, 用于有关DAS, MCS, SCS功能。
②压榨汽轮机选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
(2)制炼车间工程师站(局域网)与工厂主干网 联网,它包括:1套清净操作员站(UOPS),包含 等压排水计算机子系统、中和pH控制子系统、 锤度计算机自动控制子系统;1套成糖操作员站 (UOPS),包含等压排水计算机子系统、连续蒸煮 糖测控子系统。
制炼车间工程师站实时监控等压排水计算机 子系统、中和pH控制子系统、锤度计算机自动 控制子系统、连续蒸煮糖测控子系统、超声波防 垢节能器的运行。设置新蒸汽的压力、温度指示、 流量测量、积算;降温器的压力、温度指示、流 量测量、积算;稀释箱温度指示;各种泵出口的压力指示。并设置基地式控制仪表对凝结水平衡 箱进行液位自动控制;设置部分就地测量显示仪 表,以便操作人员就地调试、观察。
采用集中控制方式。在集中控制室内可完成 设备正常运行工况的监视和调整、异常工况的报 警和紧急事故处理,在少量就地运行人员的配合 下,可实现设备的分阶段半自动启/停。集中控 制室内的控制盘上只布置大屏幕,少量重要参数 的监视仪表和报警信号光字牌以及部分操作按 钮,旨在DCS系统出现全局故障时,安全停机。
系统划分的原则是:
①清净工段选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
②成糖工段选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
(3)热电站工程师站(局域网)与工厂主于网联 网,它包括:2套150t / h蔗渣锅炉操作员站 (UOPS); 2套6000kW汽轮发电机组操作员站 (UOPS); 1套(1台)除氧给水器操作员站(UOPS); 1套(2台)减温减压器操作员站(UOPS)以及1套 化学水处理操作员站(UOPS)
锅炉房为3台130t /h燃蔗渣锅炉,在锅炉 操作平面层设置锅炉控制室。控制室设计时考虑 防尘、防火、隔音和空调以保证仪表的正常运行。 每台锅炉上位机工作站设操纵台3面,包括锅炉 汽水测控子系统、锅炉烟风测控子系统、引、送 风机及蔗渣档板遥控子系统、闭路监视子系统。 对锅炉汽,水、烟风的压力、温度进行测量、显 示;对汽、水进行流量测量、积算;对上汽包液 位和过热汽温度进行自动控制;对锅炉辅机进行 监视和遥控;采集锅炉和配套设备的液位、压力、 温度、流量、电流等有关数据,分别进行显示、 报警和记录,保证锅炉安全、经济、合理的运行。 并与热电站和厂区局域网联网。
化学水处理上位机工作站,分别对相关设备 的压力、温度、液位进行显示;对化水的pH值进 行在线检测;在各种泵出口设有压力指示仪表。 并与热电站和厂区局域网联网。
除氧给水上位机工作站,分别对2台除氧器 液位和压力进行控制;并对除氧器压力、温度、 液位进行显示;对除氧器压力、液位和软水箱、 凝结水箱液位设有超限报警;在各种泵出口设有 压力指示仪表。并与热电站和厂区局域网联网。
汽轮发电间为3台6000kW汽轮发电机组, 在操作平面层设置汽轮发电控制室,分别设有3 个上位机工作站,对汽轮机各部位的汽压、油压、 汽温、油温、轴承、轴瓦温度、汽机转速、以及 发电机定子铁芯、轴承和排风温度进行显示,此 外还对汽机用汽量进行测量、积算;并设有信号 报警装置。并与热电站和厂区局域网联网。
减温减压上位机工作站,分别对四套减温减 压器的温度和压力进行自动调节;设有相应的汽 压、水压、汽温指示,设有信号报警装置。并与 热电站和厂区局域网联网。
控制方式采用炉、机集中控制、3台锅炉、 3台汽轮机组、及1台除氧系统、2台减温减压器 以及一台化学水处理设一个集中控制室。在集中 控制室内实现机组启动、运行、停机和事故处理。
机组的运行以DCS系统的CRT/KB为监视和 控制中心,实现炉、机集中控制。在集中控制室 内可完成机组正常运行工况的监视和调整、异常 工况的报警和紧急事故处理,在少量就地运行人 员的配合下,可实现机组的分阶段半自动启/ 停。集中控制室内的控制盘上只布置大屏幕,少 量重要参数的监视仪表和报警信号光字牌以及部 分操作按钮,旨在DCS系统出现全局故障时,安 全停机。
系统划分的原则是:
①锅炉选用2套冗余的AC800F控制站,用 于有关DAS, MCS, SCS, FSSS功能。
②汽机选用2套冗余的AC800F控制站,用 于有关DAS, MCS, SCS功能。
③除氧给水选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
④减温减压选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
⑤化学水处理选用1套冗余的AC800F控制 站,用于有关DAS, MCS, SCS功能。
(4)给水管网上位机工作站,对于全厂的给水 管网和消防水管网分别设置流量、压力等检测 点,并设有清水池液位显示;各种泵进、出口真 空度和压力指示;主要水泵轴承温度显示、报警。 并与厂区局域网联网。
选用1套冗余的AC800F控制站,用于有关 DAS, MCS, SCS功能。
通过Freelance 2000分散控制系统控制级 网络(包括应用软件、数据库)组成现场总线系 统。由操作员站对本工段的生产要素(例如设备 运行,产品产量,计划安排,原料、成品、半成 品输送等)进行实时监控、处理大量的实时数据, 对生产进行优化和调度。可了解相关工段的生产 信息,并可反映车间工程师站传来的重要信息和 生产指令。操作员站CRT具有丰富的图形功能, 例如:工艺流程图显示,报警图表显示,可实时 地反映本工段生产数据的变化情况,设备的运行 状态。
过程控制单元将实现数据采集和处理系统 (DAS),过程控制系统(MCS),顺序控制系统 (SCS),炉膛安全保护系统(FSSS)等功能。作为 过程控制的核心,过程控制单元有很高的可靠 性,其中的控制,通讯功能全部是冗余设置的。
过程控制站AC800F支持大范围的I/0能力, 具有功能强大的组态能力,处理的I/0点数可以 多达2000点。是执行控制逻辑、数据采集的控 制模件,具有很高的可靠性和对工业过程的适用 性。控制站AC800F全部是冗余配置的。
现场总线网络为PROF工BUS DP,采用了与 现场总线基金会制定的标准相符合的协议。速率 为12M。分布I/0系统和控制站之间通过AF100 现场总线互联通讯。
操作员站与外部控制系统通讯可以采用 TCP/IP通讯协议实现。每个操作员站都可以冗 余使用。
本工程现场总线系统选用的Freelance 2000 系统是一种全能综合型开放控制系统,该系统融 传统的DCS和PLC优点于一体,并支持多种国际 现场总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调 节能力、友好的人机界面((HMI)及方便的工程软 件,又同时具有与高档PLC指标相当的高速逻辑 和顺序控制性能。系统既可连接常规I/0,又可 连接Profibus, FF, CAN, Modbus等各种现场总 线设备。系统具备高度的灵活性和极好的扩展 性。
Freelance 2000控制系统并具有以下优点: ①灵活性,对安装数量没有限制,可小数量安装, 也可大量安装,可以安装在室内,也可安装在室 外,可以安装在墙上,也可安装在机柜中;②模 块化,可一步一步扩展,不会因自身限制而影响 系统扩展;③经济性,节省硬件、电缆,从而节 省安装及维护费用;④可靠性,因其自诊断及冗 余等特性,可平滑地实现自动转换;⑤抗于扰能 力强,具备路路磁隔离,系统运行稳定、可靠。
计算机网络控制系统正逐步进人制糖行业这 个传统领域,我们在方案的选择和系统的组成上 应注意:①计算机网络控制系统装备水平应综合 考虑工程的投资状况、管理及技术水平、外部技 术协助条件、工艺主体设备的先进程度、国内外 同行业的状况等多种因素;②选型上,主干网、 局域网和现场总线的配置要统筹考虑,应尽量统 一为同一类的计算机网络控制系统,以保证通讯 畅通、监控可靠和降低总体造价;③现场总线系 统必须是能支持多种国际现场总线标准的全能综 合型开放控制系统。
| [1] | 现场总线(PROFIBUS)技术应用.中国机电一体化技术应用协会,1999 |
| [2] | Freelance 2000分散控制系统.ABB公司,2001 |
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