|
項目概述
 ----上海某化工有限公司的前身為原上海某化工總廠，該廠是中國第一座自己設計、自己制造設備和建設的大型氮肥廠，始建于1961年6月。1995年該公司從BP公司引進全套醋酸生產工藝，該套裝置的醋 酸生產工藝采用了BP公司的專利技術－－一氧化碳、甲醇羥基法合成。依照此項工藝，生產的主要原料是甲醇和一氧化碳，每生產1噸醋酸約需甲醇0.5噸、一氧化碳600立方米，每天需耗費一氧化碳8000立方米。
----該套裝置在反應后時產生大量的尾氣，尾氣的主要成份是一氧化碳和其它少量的可燃性氣體。在尾氣的處理上原先廠方采用放空火炬燃燒的方法，這樣一方面廠家要以很高的成本購入一氧化碳而另一方面又要在尾氣處理時浪費大量的一氧化碳（據估算每小時燃燒掉的一氧化碳達2000立方米），同時也對環境有一定的污染。針對這一情況，上海某化工有限公司決定投資建設一套尾氣吸收裝置，以提高原料的使用效率，起到節能、環保的效果。
----在比較了諸多備選方案后最終選擇以變壓吸附法為原理的尾氣吸收方案。變壓吸附法就是利用吸附劑在各種不同的壓力下對各種不同的氣體能選擇性吸收的特性，在不同的工藝罐中創造不同的壓力環境，使吸附劑逐步吸收除一氧化碳以外的氣體，最終能夠輸出純度在99％以上的一氧化碳作為醋酸主裝置的原料氣。
控制系統組成
----在本套裝置的控制系統中，中央控制室內配置了1臺AS416作為主控制器，1臺用于組態和編程的工程師站，1臺用于監視和控制整個流程的操作員站。控制器與工程師站、操作員站之間以PROFIBUS FMS連接。在現場設備部分運用了先進的現場總線技術，變送器、閥門定位器與控制器之間的通信全部以總線方式進行而不再以傳統的 4～20mA方式傳送數據。由于現場有防爆要求，因此上述設備通過PROFIBUS PA連接。 總共配有20臺Profibus-PA 總線型壓力變送器，15臺Profibus-PA總線型差壓變送器，5臺Profibus-PA總線型溫度變送器和25臺SIPART PS2總線型閥門定位器。另外在系統中還選用了P＋f 本安型的總線式I/O模塊，用于控制現場防爆區內的68個程控閥。連接現場 設備的 Profibus PA總線經過IM157 DP/PA接口模塊處理后可與Profibus DP 網絡相連，最終再由Profibus DP連接AS 416。 IM157 DP/PA接口模塊與AS416之間的 Profibus DP 網絡以光纜方式連接：在AS 416 一側和IM 157 一側各使用了一個 OLM （光纜鏈路模塊），兩個OLM 之間使用兩對互為冗余的光纜，傳輸距離 約350米。在 Profibus DP 網絡上安裝了兩個ET200M 遠程I/O站，用于處理非防 爆區內的信號。項目的系統配置圖如圖1所示：
功能實現
----PCS7系統是面向工業過程的分布式的全集成控制系統。它綜合了DCS，PLC及現場總線的技術。開放式系統網絡、開放式操作系統、以及開放式接口使公司范圍也即從生產級到管理級的整個信息系統集成最優化。它采用模塊化結構，可按系統進行配置。
工程師站（ES）
----項目中配備一臺工程師站，工程師站提供將整套裝置的設備結構傳送至PCS 7，并將它們繪制入對象如流程圖、報告、操作畫面等的方法。在工程師站上安裝 PCS 7 Toolset V4.02 軟件，該軟件除包含STEP 7編程軟件外還集成了多個特殊的用于組態和編程的軟件包。根據變壓吸附法收集尾氣的特點，整個生產流程基本可分為順序控制和非順序控制兩部分。在流程中某一工段內各個設備的運行會遵循某種相對固定的規律，整個過程周而復始，這樣的步驟就認為是順序控制。而其它無特定規律的部分就認為是非順序控制。針對這兩種不同類型的控制方式，所用的編程方式也有所不同：
1)連續功能流程圖 （CFC）
----CFC 編程適用于非順序控制。用CFC編程必需以STEP 7中創建的塊為基礎。通過拖曳的方式可以將所有的塊放在流程圖中，以連線的方式實現數據的傳遞。CFC包含一個組件庫，在這一庫中可以找到許多常用的功能塊，如輸入輸出驅動模塊、PID調節模塊、閥門控制模塊等。復雜功能塊和庫都可以增加，同時也能用S7語言編制自定義塊，并將它們組合在單個庫中
2)順序功能流程圖 （SFC）
----SFC 主要用于對順序控制部分編程。SFC 的組態就是將順序控制流程分 解成若干個步位，在每個步位中設置該步位應進行的操作，并在必要時設置跳轉條件和位置。在本套變壓吸附法尾氣收集裝置中，壓力變換及吸附雜質氣體主要通過控制6來實現，此段流程可以分解為6個周期共66個步位，每一步位所進行的操作及步位的持續時間相對固定，用SFC編程只需把注意力集中在設備的狀態方面。
操作員站 （OS）
----除工程師站以外還配備了一臺操作員站，操作員通訊與顯示系統以 SIMATIC WinCC （Windows Control Center）為基礎。利用 WinCC 軟件可以將整個流程及各 部分細節以圖形的方式表述，在組態時根據實際情況將各種設備狀態和儀表讀數按照工藝區域劃分為若干幅流程圖，流程圖之間可通過目錄樹的方式自由切換。如果要操作流程圖上的某一設備，只需用鼠標點擊設備圖標或設備位號就可在彈出的面板上進行操作。在操作員站上不僅能對整個流程進行圖形化監控，還具有報警記錄和歷史數據記錄功能。流程中每一個設備的狀態、每一個儀表的讀數都被記錄在項目數據庫中，并長期保存。必要時操作人員可以表格的方式或趨勢曲線的方式來查看或分析記錄下的數據。操作人員還可以根據設備運行的實際情況預先設定一些參考值（例如液位報警點），這樣系統在讀取數據時就會將當前值與設定指作比較，一旦出現異常狀態在操作界面上會馬上出現醒目的報警信息并發出報警聲，以提醒操作人員處理可能的故障。
在處理完故障后通過報警歷史記錄功能還能對故障逐條作出分析。
AS
----選用一臺AS 416作為主控制器。在AS站上還配置了一塊CP443－5 通訊處理模塊，通過此模塊以Profibus FMS方式連接AS，ES和OS。因要通過Profibus DP 連接各現場設備，在AS站上配置一塊IM－467 接口模塊作為DP主站。
現場總線
----本套系統現場總線分為兩層分別是Profibus DP 和 Profibus PA。 Profibus DP 是在歐洲乃至全球應用最為廣泛的現場總線系統。 Profibus DP 是一個主站/從站（Master/Slave）總線系統，主站功能由控制系統中的主控制器來完成。主站在完成自動化功能（調節、控制）的同時，通過循環的和非循環的報文對現場儀表進行全面的訪問。
----Profibus PA 是 Profibus DP 在保持其通訊協議的條件下，增加了對現場儀表而言優越的傳輸技術（例如，現場儀表的饋電通過數據導線在易爆環境中使用）。也就是說，以 Profibus PA 定義了Profibus DP 的一種演變，它使 Profibus 也可以用于本安領域，同時保證 Profibus DP 總線系統的通用性，這是因為Profibus PA使用的是Profibus DP協議。選擇符合 IEC1158－2 的國際化傳輸技術使得Profibus PA現場安裝技術有可靠的保證。Profibus PA總線系統的使用使得現場總線技術的許多優點也可以應用到流程工業中：
- 測量變速器、閥門定位器通過一個串行總線系統（雙線電纜）聯網
- 通過數據導線向現場儀表供電
- 在 Ex 區域中應用 （防爆種類"本安" Ex [I] ）
----Profibus DP 與 Profibus PA 之間的轉換是通過網絡部件 "DP/PA Coupler" 和 "DP/PA Link"來實現的。DP/PA Coupler 的作用是將數據格式從異步（11位/字符）轉為（8位/字符），為此將傳輸速率從45.45 Kbit/s 轉換為 31.25 Kbit/s。 DP/PA Coupler 在設計、組態是可認為是透明的。同時 DP/PA Coupler 又可作為現場儀表的電源，通過勢壘（用于防爆）限制饋電 電壓。對于防爆型的 DP/PA Coupler 最大輸出電流為 100mA。
----DP/PA Link 最多可連接5個 DP/PA Coupler ，它們通過一塊主板作為一個工作站接于Profibus DP。主板既是上位 Profibus DP （最大速率12 Mbit/s）的一個從站，又是下位 Profibus PA 各個分路的一個主站。這些 PA 分路組成一條邏輯總線。由于報文長度所限，接于一個 DP/PA Link 上的所有現場儀表的總數不超過31個。DP/PA Link 應用于對總線循環時間的要求很高和設備數量大的場合。
現場設備和組態工具
----現場設備包括壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器和P＋f I/O 模塊。這些現場設備被分配在13條PA分支上。
----使用SIMATIC PDM 就可方便地將現場技術的各個部件接入自動化系統 中。SIMATIC PDM 用于Profibus PA 和 HART 模擬模板的現場儀表通用的 參數化設計工具。它可以集成在STEP 7 中使用也可以單獨使用。
---- 以集成使用方式為例，雙擊硬件組態程序中的現場儀表符號便可啟動該軟件。在儀表選擇窗口中可以找到所有在SIMATIC PDM 中可供使 用的現場儀表。雙擊某一設備的圖標界面上就會顯示一份儀表選擇菜單。選擇好儀表類型后便可進入設備參數表。參數表的內容是由隨現場儀表提供的DDL描述文件決定的。在參數表中可以更改所有以白色為背景的參數區，按實際要求設定完各項參數后再下載到現場儀表存儲區中，儀表的設置就完成了。
總結
----在某化工有限公司醋酸分廠變壓吸附法尾氣收集裝置控制系統中，由于充分利用了總線技術的優點，使得控制系統的復雜度大大降低，在項目建設時電纜、端子、槽盒、盤柜、橋架的用量大幅度減少，設計圖紙與回路校對的工作量也相應減輕。同時也為系統留下充分的擴容余地，今后如需新增現場設備就不需要再新增電纜。整套裝置于2000年7月順利完成調試和試運行，預計不僅每年可為某化工有限公司醋酸分廠創造1000萬以上的經濟效益，而且也將對環境保護作出貢獻。
|
