60000m 3／h空分设备控制系统的开发应用

６００００ｍ３／ｈ空分设备控制系统的开发应用　黄玮。吴志泰　（武钢工程技术集团计控公司，湖北省武汉市４３００８０）　摘要：简介了武钢Ｈ台６００００ｍ３／ｈ空分设备控制系统的选型原则，详细分析了控制系统的硬　件配置、软件组成、实现的基本控制功能和高级控制功能以及具体的控制方案，阐述了实际运行　中存在的一些不足方面。　关键词：大型空分设备；控制系统；ＤＣＳ；ＰＬＣ　中图分类号：ＴＢ６６３　文献标识码：Ｂ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　６００００ｍｊ／ｈ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔｓ　Ｈｕａｎｇ　Ｗｅｉ．Ｗｕ　Ｚｈｉ　ｔａｉ　（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，ＷＩＳＣＯ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｒｏｕｐ　Ｇｏ．，Ｌｉｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００８０，　Ｈｕｂｅｉ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｏｒｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　６００００ｍ￣／ｈ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔｓ　ａｔ　Ｗｕｈａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ　ｂｙ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｂａｓｉｃ　ｎａｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｎｔｏｒｌ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｓｏｍｅ　ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ａｌｅ　ａｌｓｏ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ；Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ＤＣＳ；ＰＬＣ　前言　目前，控制系统主要在ＤＣＳ和ＰＬＣ控制系统　为配合武汉钢铁集团（以下简称：武钢）钢产　两者之间进行选择。选择的原则是根据控制系统的　量达到１２００万ｔ，武钢２００３年底从德国林德公司　点数以数字量居多还是以模拟量居多。ＤＣＳ控制系　引进了１套６００００ｍ￣／ｈ空分设备（Ｈ台），于２００５　统在连续控制方面占据优势，ＰＬＣ控制系统在联锁　年２月投产。武钢工程技术集团计控公司独自承接　控制方面更胜一筹。虽然现在ＤＣＳ与ＰＬＣ控制系　了整套空分设备控制系统的编程、调试任务。笔者　统互相交融，但总体格局未发生实质性变化。　有幸参加了Ｈ台６００００３／ｈ空分设备对外技术交流　控制系统的趋势是向现场总线发展，因为现场　及选型、集散控制系统技术交流、集散控制系统评　总线省掉了Ｉ／Ｏ中间环节，节省了大量电缆，节约　标、ＤＣＳ控制系统出国培训、程序编程及调试全过　工程投资，当设备较为分散时更能体现出它的优　程，积累了一些经验和想法，与大家一起探讨。　点，同时也便于维护人员今后查找故障。然而由于　现场总线所开发的功能块不是很全面，因此使用范　１控制系统选型　围不是很广；另外在其开放性上仍然存在一定的局　控制系统的性能关系到以后空分设备生产运行　限性，不同厂商的产品之间存在不兼容的问题，作　的稳定性、维护的方便性以及备件的订购问题，这　为一种新技术，现场总线还有待完善。　些在谈判中都应该注意到。　选用控制系统的首要原则是运行的稳定性。目　收稿日期：２００７．０６—１１　作者简介：黄玮（１９７３一　），女，工程师，硕士，现在武钢工程技术集团计控公司从事自动化控制方面的工作。　・　２５・　维普资讯 http://www.cqvip.com 前各控制系统在控制功能上一般均采用冗余方式。　的稳定性、先进性、开放性和成熟性等诸多技术指　然而对于整个控制系统而言，这仅仅是其中一部　标的平衡，根据实际情况，给Ｈ台６００００ｍ￣／ｈ空分　分。有时也采用Ｉ／Ｏ模块冗余，而大部分故障往往　设备选择了美国ＦＯＸＢＯＲＯ公司的ＩＡＳ１系列控制系　发生在一次元件上。因此，对于关键联锁控制点，　统。　在设计时应有选择性地采用一次元件冗余的方式，　２　ＩＡ￥１系列控制系统简介　从根本上杜绝重大设备安全隐患。　武钢Ｈ台６００００ｍ３／ｈ空分设备与压缩机组均采　另外，有些控制系统供货商在投标时希望以低　用ＦＯＸＢＯＲＯ公司的ＩＡＳ１系列控制系统完成检测及　价中标，然后通过后期的备件价格或以后的设备升　控制功能。　级追加资金投入。因此，在技术交流时应考虑到选　２．１硬件配置　用先进、成熟的产品。另外，供货商的技术支持也　控制系统分为３层：管理级、监控级和过程　是一个必须考虑的因素。　级，总共１７７０点，其中９２９个模拟量点，８４１个数　经过与不同厂商的技术交流，考虑到控制系统　字量点。硬件配置如图１所示。　Ｉ唧　Ｉ　ｆ　哪ｌ　ｆ　ｆ　Ｉ　管理级　ｌ　ＩＷ吲Ｊ　ｆ　Ｉ　ｌ　ｗＰ５１　ｆ　ｆ　ｌｌ　ｊｊ　ｌ　Ｊ　ｌ　ｊ　ｌ　ｆ　Ｎ０ＤＥＢＵＳ　监控级　ＣＰ６ＯＨ１　ＣＰ６０Ｈ２　ＣＰ６０Ｈ３　　ＩＩ　　ｌＩ　　ｌＩ　ｌ　ＦＢＭｌ　　ｌ　Ｉ　ＦＢＩＭ　　ｌ　Ｉ　Ｆ　ＩＢＭ　ｌ　过程级　现场仪表　现场仪表　现场仪表　图’　ＩＡ５１系列控制系统硬件配置图　图１中，ＰＣ１为管理人员的ＰＣ机，通过以太　中ＦＢＭ２２４卡是与带有ＭＯＤＢＵＳ协议的第三方设备　网与工程师站（ＡＷ５１）通讯，监视生产操作情况；　通讯的ＤＣＳ控制系统接口，ＤＣＳ控制系统通过　林德公司（慕尼黑）专家在运行工况未稳定情况下　ＦＢＭ２２４与水站的ＰＬＣ控制系统实现通讯，将ＰＬＣ　通过ＰＣ２和网络监视到运行工况，并向试车经理　控制系统中的数据在ＤＣＳ控制系统上显示。　或操作人员提供参考意见；ＡＷ５１为１台工程师　２．２软件组成　站，选用ＳＵＮ公司的工作站，执行与显示生产控　ＩＡＳ１系列控制系统属于ｓｕｎｓｏｆｔ　ｓｏｌａｒｉｓ操作系　制、用户应用程序、诊断和组态等有关的应用功　统，它是基于ＵＮＩＸ系统ｖ版本４，是一种多任务　能，带数据库；ＷＰ５１为３台操作员站，在视频监　操作系统，并支持多种工业标准通讯协议。软件还　视器上产生视频信号显示图象和文字信息，供操作　包括综合控制（连续量、顺序量），梯形逻辑控制，　所用；ＣＰ６０为３对容错的控制处理机，和与其相　人机接口软件，组态软件，历史数据库管理软件和　连的现场总线组件（ＦＢＭ）一起，可按组态好的控　操作员操作记录功能。　制方案对过程进行控制，实现连续控制、梯形逻辑　３主要控制功能　控制和顺序控制等功能，也是整个控制系统的核　心；ＦＢＭ为现场总线组件，分为模拟和数字两种　３．１基础控制功能　信号类型，接受现场传感器、执行器等的信号。其　整套空分设备主要实现以下控制功能：①压缩　・　２６・　维普资讯 http://www.cqvip.com

机防喘振控制、压缩机轴振动、轴位移、油压、油　温等监视、报警和联锁控制；②分子筛吸附器切换　系统的顺序逻辑控制；③所有压缩机、泵的启动、　停止及切换操作；④温度、压力及流量等自动调　节；⑤产品氧气、氮气、氩气纯度控制及碳氢化合　物等杂质含量分析；⑥安全联锁控制。　３．２高级过程控制功能　高级过程控制系统提供一个最少人为干预的生　产管理和设备操作的综合平台。　３．２．１　自动变负荷（ＡＬＣ）功能　自动变负荷即根据用氧负荷的变化自动或人为　地设定氧气产量，空压机人口导叶自动调整，氧气　产量在规定的时间内自动达到设定值。自动变工况　即根据液体产量的需要，人为地设定液氧量、液氮　量，空分设备各相应调节回路包括膨胀机的气量等　做出自动调整，各液体产品在规定时间内达到所需　的产量。　ＡＬＣ功能依据人工给定的产品输人值自动进行　生产变化，通过自动控制操作点变化实现，操作点　变化是通过所有相关的过程参数，同时由现行值转　换到目标值进行的。目标值根据该过程的数学模型　计算出来。　３．２．２远程服务功能　远程服务功能：即利用远程操作设备，远程操　作站（ＰＣ机，安装了远程控制软件）可借助电话　线监视就地操作站工艺画面。在开车期间，林德公　司（慕尼黑）专家可根据监视到的实际工况对试车　工程师提出操作意见。　４控制方案　（１）操作工在操作站上完成启动、调节和停车　功能，不必要到现场操作。现场除急停按钮外无仪　表控制盘。　（２）由于考虑到防喘振要求高响应的特殊性和　氧气透平压缩机（以下简称：氧压机）的防火性，　单独设计１台调节器控制氧压机防喘振，而空压　机、氮压机和膨胀机的防喘振均在ＤＣＳ控制系统　中实现。另外，对于重要的测量点（如喘振），专　门设计了冗余模块以避免模块故障而引起机组的误　动作。　（３）机组主控室内专门设有１套紧急停车系　统，氧压机停车信号首先进人紧急停车系统再进到　ＤＣＳ控制系统；其他机组当油压低或第三次发生喘　振后，紧急停车系统发出停车信号，机组停车，同　时将停车信号送人ＤＣＳ控制系统。　（４）重要控制点采取一次元件冗余方式，确保　关键部位不发生误动作。　（５）对于马达电机控制，电器信号原设计为通　过通讯方式，但实际上国内通讯速度只能作为监　视，根本不能用于控制，在武钢坚持下，林德公司　将设计改为硬接点方式。　５结束语　Ｈ台６００００ｍ￣／ｈ空分设备投产至今，控制系统　运行良好，但同时在实践过程中感到在某些方面还　存在一些不足之处：　（１）对于顺控部分，要由林德公司设计的功能　图转成ＩＡ５１系列控制系统的梯形逻辑图来控制有　很大难度，而且很难保证其正确性。因此这次组态　中顺控部分没有采用梯形逻辑控制，而是用ＩＡ５１　系列控制系统中提供的计算模块来实现其功能，使　ＣＰ负荷有所加重。　（２）组态仍然为填写参数方式，容易出错，与　连线的组态方式较为落后。　（３）ＳＵＮ工作站的ＵＳＢ接口不能使用，给存　储数据带来困难。　（４）德国ＤＥＭＡＣ机组感热体的安装方式存在　问题，经常误报警。　参考文献：　［１］夏德海．钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册　［Ｍ］．北京：冶金出版社，２０００．　［２］吴慧．集散控制系统在宝钢７２０００ｍ￣／ｈ制氧机的应用　［Ｊ］．深冷技术，２ＯＯ２（６）：２７—３０．　・２７　・