真空制鹽自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1、背景分析

　　

　　鹽業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中特殊而又重要的行業(yè), 其產(chǎn)品既是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料, 被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)及牧業(yè)。又是人民生活必不可少的營(yíng)養(yǎng)素。

　　

　　在我國(guó), 鹽的生產(chǎn)已有五六千年的悠久歷史。新中國(guó)成立之后, 我國(guó)的鹽業(yè)獲得飛速發(fā)展, 井礦鹽生產(chǎn)裝置的現(xiàn)代化、大型化、鹽產(chǎn)品品種多樣化及鹽業(yè)資源綜合利用等制鹽生產(chǎn)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 使得我國(guó)鹽業(yè)跨入了一個(gè)嶄新的階段。

　　

　　全國(guó)2005 年鹽的總產(chǎn)量為4850 萬(wàn)噸, 制鹽生產(chǎn)能力達(dá)到5500 萬(wàn)噸。2006 年的全國(guó)鹽業(yè)工作會(huì)議強(qiáng)調(diào)要始終以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)工業(yè)發(fā)展, 促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)。并通過(guò)制定行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展規(guī)劃, 把走新興工業(yè)化道路和科學(xué)發(fā)展觀具體化。在“十五”期間, 還要淘汰、關(guān)閉行業(yè)中產(chǎn)能落后的大量企業(yè), 提高行業(yè)的自動(dòng)化水平已成為當(dāng)務(wù)之急。

　　

　　2、自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　

　　2.1、現(xiàn)場(chǎng)儀表選型

　　

　　真空制鹽工藝需要進(jìn)行溫度、壓力、流量、液位的信號(hào)檢測(cè)和閥門(mén)的自/ 手動(dòng)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?jī)x表: 孔板流量計(jì)和電磁流量計(jì)

　　

　　液位儀表: 靜壓法蘭液位變送器和磁翻柱液位計(jì)

　　

　　閥門(mén)控制: 電動(dòng)/ 氣動(dòng)執(zhí)行器

　　

　　2.2、控制系統(tǒng)概述

　　

　　2.2.1、控制系統(tǒng)構(gòu)架

　　

　　控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、過(guò)程控制站、IO 站和通訊網(wǎng)絡(luò)組成。雖然國(guó)內(nèi)外各廠家的產(chǎn)品眾多, 對(duì)于硬件部分稱(chēng)謂略有不同, 但整個(gè)構(gòu)架卻基本一致。因而, 通過(guò)下面的介紹, 便于我們了解整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)架、設(shè)計(jì)思路以及軟硬件實(shí)現(xiàn)的各種功能。

　　

　　(1) 工程師站

　　

　　由高性能計(jì)算機(jī)組成, 接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后, 實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制站控制策略的組態(tài)設(shè)計(jì)、控制站硬件狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制程序的下載、在線監(jiān)測(cè)、參數(shù)修改等功能,適用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)/維護(hù)人員使用。通過(guò)安裝人機(jī)界面軟件后, 可兼作操作員站使用。

　　

　　(2) 操作員站

　　

　　由高性能計(jì)算機(jī)組成, 接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后, 是現(xiàn)場(chǎng)操作人員實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控的操作平臺(tái), 顯示美觀的各種工藝流程畫(huà)面、系統(tǒng)控制功能畫(huà)面、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)畫(huà)面等, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)警、存貯、查詢(xún)和管理, 提供報(bào)表打印等功能。

　　

　　(3) 現(xiàn)場(chǎng)控制站

　　

　　由控制器電源、控制器、通訊模件組成, 是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分?？刂撇呗杂涩F(xiàn)場(chǎng)控制站具體實(shí)現(xiàn), 是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理中心。

　　

　　(4) IO 站

　　

　　由IO 站電源、通訊模件、信號(hào)輸入/輸出模件等組成(分為: AI/AO2模擬量輸入/輸出, DI/DO2開(kāi)關(guān)量輸入/輸出, RTD/TC2熱電阻/熱電偶輸入等) 。外部輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)IO 站調(diào)理后提供給現(xiàn)場(chǎng)控制站處理, 并接受現(xiàn)場(chǎng)控制站的命令, 把控制信號(hào)輸出到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)儀表。

　　

　　(5) 通訊網(wǎng)絡(luò)

　　

　　由兩級(jí)通訊總線組成, 第一級(jí)為工程師站/ 操作員站與現(xiàn)場(chǎng)控制站通訊, 第二級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)控制站與IO站通訊。

　　

　　不同廠家雖然結(jié)構(gòu)一致, 但通訊協(xié)議可能略為不同。第一級(jí)一般使用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò), 使用現(xiàn)今通用、開(kāi)放的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 便于不同廠家產(chǎn)品之間的通訊。第二級(jí)使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的Profibus、Modbus、Can 等總線或廠家專(zhuān)用通訊總線。

　　

　　2.3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　

　　以某鹽廠30 萬(wàn)噸/ 年真空制氧DCS 控制系統(tǒng)為例, 使用美國(guó)GE 公司的90 - 30 控制系統(tǒng)來(lái)敘述系統(tǒng)的組成配置方法, 可靠性、可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),完成的系統(tǒng)功能等。

　　

　　2.3.1、VersaMax IO 站配置

　　

　　統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)AI、AO、DI、DO、TC、RTD 的IO 點(diǎn)數(shù), z*好為每種類(lèi)型的IO 增加10 %到15 %的富裕量。

　　

　　用配置的IO 點(diǎn)數(shù)除以每塊IO 模件的通道數(shù),就可以得到需要配置的各種IO 模件的塊數(shù)。GE 公司的每個(gè)Ver saMax IO 站可配8 塊IO 模件, 然后給每個(gè)IO 站配置上相應(yīng)的NIU 通迅模件和電源模塊, 就完成IO 站的配置。每個(gè)IO 站的第二級(jí)Genius 通訊總線可冗余配置。

　　

　　2.3.2、90 - 30 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站配置

　　

　　90 - 30 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站需要配置控制器、電源模件、以太網(wǎng)通訊模件、Genius 總線通訊模件, 才能正常工作。

　　

　　可配置兩套現(xiàn)場(chǎng)控制站, 用作冗余控制站, 兩級(jí)通訊總線可在控制站中配置雙通訊模件實(shí)現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)冗余。

　　

　　2.3.3、工程師站/ 操作員站配置

　　

　　依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作方便和系統(tǒng)規(guī)模, 可靈活配置一臺(tái)工程師站, 兩臺(tái)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(guó)Dell 高性能計(jì)算機(jī), 安裝工程師站/ 操作員站相應(yīng)軟件。可配置雙網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)冗余通訊。

　　

　　2.3.4、軟件系統(tǒng)

　　

　　整個(gè)控制系統(tǒng)的需要使用的軟件分為: Window2000/ XP 操作系統(tǒng)軟件; Max2ON 控制站冗余配置軟件; Cimplicity Me 控制站策略組態(tài)軟件; Fame2view 操作員站人機(jī)界面軟件。根據(jù)計(jì)算機(jī)的數(shù)量需配置不同套數(shù)的軟件。

　　

　　開(kāi)發(fā)人員使用策略組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制算法, 調(diào)試下載完成后, 設(shè)計(jì)不修改就勿須改動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員只需掌握直觀的人機(jī)界面軟件操作就可控制生產(chǎn)。

　　

　　2.3.5、冗余配置

　　

　　上文多次提及冗余這個(gè)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(tài), 備用檢測(cè)使用的狀態(tài), 在使用那路出現(xiàn)故障的情況下, 系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換到備用線路, 不影響系統(tǒng)正常工作, 提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)結(jié)合90 - 30 系統(tǒng)的帶電拔插模件功能, 更增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

　　

　　在本系統(tǒng)中, 我們實(shí)現(xiàn)了電源、控制器、兩級(jí)通訊總線的冗余設(shè)計(jì), 在這幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的故障發(fā)生都不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作, 保障了制鹽生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

　　

　　2.3.6、系統(tǒng)功能介紹

　　

　　a. 畫(huà)面顯示

　　

　　◆系統(tǒng)標(biāo)題畫(huà)面2初始畫(huà)面

　　

　　◆工藝流程畫(huà)面2顯示蒸發(fā)、干燥等動(dòng)態(tài)工藝流程圖

　　

　　◆檢測(cè)參數(shù)畫(huà)面2匯總顯示所有檢測(cè)點(diǎn)參數(shù)趨勢(shì)記錄畫(huà)面2顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)曲線控制回路畫(huà)面2顯示模擬量控制和順序控制的回路畫(huà)面

　　

　　◆報(bào)警畫(huà)面2顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的即時(shí)和歷史報(bào)警記錄

　　

　　◆工藝報(bào)表畫(huà)面2顯示班報(bào)表數(shù)據(jù)

　　

　　b. 報(bào)警功能

　　

　　對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置報(bào)警的高/ 高高/ 低/ 低低限值, 超限后, 系統(tǒng)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)閃爍并語(yǔ)音報(bào)警。

　　

　　c. 控制功能

　　

　　◆模擬量控制2 Ⅰ效至Ⅴ效蒸發(fā)室、閃發(fā)桶、冷凝水平衡桶液位、蒸汽減溫減壓控制連續(xù)自/ 手動(dòng)控制

　　

　　◆順序控制2 Ⅰ效至Ⅴ效排鹽、沖洗自/ 手動(dòng)控制

　　

　　d. 參數(shù)設(shè)置

　　

　　◆在線設(shè)置控制回路的自/ 手動(dòng)狀態(tài)

　　

　　◆在線設(shè)置PID 回路參數(shù)

　　

　　◆在線設(shè)置排鹽、沖洗自動(dòng)控制的開(kāi)、關(guān)時(shí)間

　　

　　◆在線設(shè)置報(bào)警點(diǎn)限值

　　

　　e. 報(bào)表打印

　　

　　定時(shí)或即時(shí)打印班報(bào)表、屏幕畫(huà)面和參數(shù)表

　　

　　f . 數(shù)據(jù)處理

　　

　　◆檢測(cè)參數(shù)存貯

　　

　　◆歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)

　　

　　◆流量積算

　　

　　g. 安全管理

　　

　　設(shè)置分級(jí)密碼, 不同權(quán)限用戶(hù)享受不同等級(jí)的系統(tǒng)操作控制權(quán)限, 防止誤動(dòng)作。通過(guò)用戶(hù)等錄的操作記錄, 可進(jìn)行事故追蹤。

　　

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　

　　本文的設(shè)計(jì)方法在江西鹽礦有限責(zé)任公司、重慶合川鹽化有限責(zé)任公司、山東岱岳制鹽有限責(zé)任公司等真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)工藝中得到了成功的應(yīng)用。望自動(dòng)化行業(yè)和制鹽行業(yè)的各位同仁不吝寶貴意見(jiàn), 共同探討, 全面提高行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力, 促進(jìn)制鹽工業(yè)的發(fā)展, 以更好地滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需要。