第五章精馏塔物料平衡控制DCS专业系统设计.doc

第五章 精馏塔物料平衡控制DCS系统设计5.1 DCS系统硬件设计JX-300X DCS系统硬件配备涉及：通信系统：通信系统是选取DCS系统核心环节之一。随着计算机网络通信技术发展和市场需求，大多数DCS系统都以开放系统为原则来设计其通信系统。人-机接口：人-机接口是DCS系统操作站某些。接口单元：这里接口单元是指DCS系统与本系统之外产品接口单元。重要有DCS系统与上位计算机接口，与气相工业色谱接口及与可编程控制器接口。高可靠性是过程控制系统第一规定。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用一种技术，是提高计算机系统可靠性最有效办法之一。控制系统从构造上充分地采用了冗余技术。本系统对于主控卡XP243X、数据转发卡XP233、重要I/O点相应I/O卡件、网络通讯等都设计了1:1冗余，采用冗余构造不但能避免控制系统局部故障扩大事故，保证机组安全稳定运营，同步也保证设备故障在线排除，从而消除事故隐患。本系统卡件备用硬件实时监听工作硬件信息，内部数据实时与工作硬件保持一致，一旦工作硬件浮现故障，备用硬件即可随时参加工作，不存在切换问题，也就避免了切换时对系统导致扰动。本系统配备如图4.1所示。系统安装完毕后可使用ping指令进行调试，使其设备间彼此都实现通讯。脱丁烷塔测点不是诸多，通过整顿得到实际测点15个，其中AI点6个，AO点7个,DI点1个，DO点1个，据此得出系统硬件配备，如表5.1所示。表5.1 系统硬件配备序号名称型号单位数量123I/0机笼数据转发卡主控制卡SP211 个SP233 块SP243X 块122456789101112131415161718电源箱机笼电源电流信号输入卡电流信号输入卡模仿量输出卡触点型开关输入卡晶体管触点开关量输出卡开关量转接端子板空卡操作员键盘机柜 Scnet 网卡 操作站主机 显示屏立式操作台 集线器SP251SP251-1SP313SP322SP363SP362SP590SP000SP032SP202SP023DELL/GX-260DELL,P1130SP071 SP423个个块块块块块块个个 块 台 台 台 个 124411161121 1125.2 DCS系统组态设计5.2.1 I/O组态拟定了系统硬件配备，这样可以开始进行主机设立。该系统测点较少，需要一种控制站，一种操作站、工程师站，分别命名为OS130、ES130。 图5.1 主机设立主机设立完毕后来，可以进行控制站 I/O 组态，I/O 组态重要涉及下面某些内容：1. 数据转发卡设立2. I/O 卡件设立3. 信号点设立数据转发卡组态是对某一控制站内部数据转发卡在SBUS-S2 网络上地址以及卡件冗余状况等参数进行组态。依照本例项目配备，可知，控制站中只有一对冗余数据转发卡，即数据转发卡要和主控制卡放在同一种I/O 机笼，对于放置了主控制卡机笼，必要将该机笼数据转发卡地址设立成00 和01。因此在地址栏中，需要填写地址为“00”。型号为SP233 。本例中系统采用数据转发卡为冗余配备，这样与地址为“00”数据转发卡冗余那块卡件就不必重新设立了，系统会依照冗余规则自动辨认该机笼另一块数据转发卡地址“01”。接下来为I/O卡件设计，依照表5.1硬件配备，设计机笼装置表，见表5.2：表5.2 机笼装置表123400010203040506070809101112131415冗余冗余冗余冗余冗余冗余SP243XSP243XSP233SP233SP313SP313SP313SP313SP322SP322SP322SP322SP363SP362SP000SP000SP000SP000SP000SP000图5.3 I/O卡件组态如将当前选定I/O卡件设为冗余单元，设为冗余单元I/O卡件不再进行下一步信号点组态。地址定义当前I/O卡件在SBUS网上地址，地址值 0009。I/O卡件组态地址应与它在机笼中槽位编号相匹配，并且地址编号不可重复。类型单击类型框右部下拉式按钮选中当前组态I/O卡件类型。JX-300XP DCS提供各种I/O卡件以供顾客选取。I/O输入对话框I/O卡件表中列出了挂接在当前数据转发卡下已组态I/O卡件各项设立，可在其中选定某一I/O卡件进行I/O点组态。各个信号点参数属性、趋势、报警等信息都可以再I/O点组态对话框中进行设立。电流信号输入卡各点信息如图5.4所示：图 5.4信号点组态I/O类型项选定当前信号点信号输入/输出类型，类型涉及：模仿信号输入（AI）、模仿信号输出（AO）、开关信号输入（DI）、开关信号输入（DO）、脉冲信号输入（PI）五种类型。地址项定义指定信号点在当前I/O卡件上编号。信号点编号应与信号接入I/O卡件接口编号匹配，不可重复使用。不同I/O卡件可接信号点数不同，因而它们地址数也不同。信号点参数设立组态根据信号点输入/输出（I/O）类型不同，可分为模仿量输入信号点组态、模仿量输出信号点组态、开关量输入信号点组态、开关量输出信号点组态、脉冲量输入信号点组态五个不同组态对话框。组态软件将依照顾客设定，自动决定进入哪个对话框进行组态。对模仿输入信号，控制站依照信号特性及顾客设定规定做一定输入解决，系统根据组态设定规定，逐次进行温压补偿、滤波、开方、报警、累积等解决。通过输入解决信号已经转化为一种无单位百分型信号量，即无因次信号。 在位号项填入当前信号点在系统中位号。每个信号点在系统中位号应是唯一。操作站软件都是通过位号来引用信号点。当信号需加报警时，选中报警项，打开其后上上限/下下限、上限/下限、报警死区和报警级别六项。在上上限/下下限、上限/下限各项中填入恰当报警限值，各项数值固然应有上上限上限下限下下限，且在信号量程内。在报警死区项中填入死区大小，在报警级别项中填入该信号报警优先级。在报警解决中加入报警死区是由于如果信号在小范畴内会频繁波动，那么当信号接近报警限时，系统将浮现频繁报警而给操作带来不必要麻烦，为避免此类状况发生，需在报警解决中加入报警死区解决，死区大小取决于信号频繁波动范畴大小。模仿量输出信号输出是一种控制阀位（即阀门开度）百分量信号。输出信号制为II型或III型。控制阀特性为气开阀或气闭阀。图5.5 模仿量输出设立开入信号是数字信号， 开/关状态表述（ON/OFF状态描述、ON/OFF颜色），分别对开关量信号开（ON）/ 关（OFF）状态进行描述和颜色定义。当信号需加报警时，打开其后报警状态、报警描述和报警颜色项。 图5.6 开关量输出设立开关量输出信号是数字信号， 开/关状态表述（ON/OFF状态描述、ON/OFF颜色），分别对开关量信号开（ON）/ 关（OFF）状态进行描述和颜色定义。当信号需加报警时，可打开其报警状态、报警描述和报警颜色项。 通过软件组态，可以使卡件响应频率型或累积型输入信号。卡件在对频率型或累积型信号进行解决时，都可以计算出输入信号瞬时值与累积值。脉冲量信号有频率型、累积型两种类型。当信号频率较高（普通在2KHz以上），同步工艺对瞬时流量精度规定高场合，应选用频率型（当信号频率较低（2KHz如下），同步工艺对总流量累积精度规定高场合，应选用累积型。累积型、频率型选取只是使卡件执行不同算法，在监控画面中显示只有瞬时流量，需要累积量时，还须选取累积，并填写对的累积系数。在选取“累积型”时，由于输入频率低，瞬时流量在计算时会有抖动，导致瞬时流量精度较差。5.2.2 控制方案组态完毕系统I/O组态后，就可以进行系统控制方案组态。控制方案组态分为常规控制方案组态和通过图形组态编写顾客自定义控制方案组态。本次设计单回路统一采用自定义回路组态，其对话框和回路信息输入如下图所示：图5.7 回路输入对话框当把所有回路信息输入完毕之后，即可进行控制算法组态。在图像编程中建立FBD段落，调用辅助模块库控制模块，简朴设立模块参数即可完毕回路组态。下图所示为单回路功能块：图5.8单回路功能块该模块是对在自定义回路中声明单回路进行定义，拟定它输入输出，构成一种控制回路。所要控制对象做为系统输入(PV)，回路输出（MV）到可以变化控制对象值执行机构上。将它在自定义回路中所相应位号组入监控画面中，可在监控画面中对其进行参数设立。该模块是PID单回路控制模块，流程图5.8所示：图5.10 单回路回路组态该流程塔压分程回路采用图形组态，组态图如下：（补）图5.11 塔压分程回路 5.2.3 监控画面组态操作站上监控操作画面组态有成为操作组态，是面向操作人员PC操作平台定义。它重要涉及原则画面组态、流程图登录、报表登录、自定义键组态、语音报警组态五某些。在进行操作组态前，必要先进行系统单元登录及控制组态，只有当这些组态信息已经存在，操作组态才故意义。监控登陆画面如图4.15所示。系统原则画面组态是指对系统已定义格式原则操作画面进行组态。涉及总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览四种操作画面组态。系统总貌画面是为了系统观测、操作以便，将需要观测、操作控制组、趋势图、流程图、仪表数据等组织起来，形成一种系统监控目录。系统趋势曲线画面可以显示登录数据历史趋势。在此项中可以指定当前页中所有趋势曲线共同记录周期。同一趋势画面中所有趋势曲线必要有相似记录周期，时间单位秒。记录周期必要为整数秒，取值范畴为13600。系统仪表分组画面可以实时显示登录仪表当前状态。系统数据一览画面可以实时显示与登录位号相应测量值及单位。系统流程图登录是通过流程图登录组态对话框完毕。单击编辑按钮，将启动流程图制作软件，对当前选定流程图文献进行编辑组态。系统报表登录是通过报表登录组态对话框完毕。单击编辑按钮可启动报表制作软件，进行报表编辑。实时监控软件支持功能强大操作员键盘，可通过组态软件自定义键组态对其进行操作组态。实时监控软件支持声卡语音报警。系统语音报警组态是通过语音报警组态对话框完毕。下面分别给出了监控界面登陆画面、总貌画面、流程图、数据一览画面、参数调节画面、分组控制画面、趋势画面和故障诊断画面。图5.12 系统总貌画面图5.13 精馏塔流程图5.3 DCS系统网络设计通讯网络是DCS系统得以正常运营重要某些，Webfield JX-300XP DCS通讯网络自上而下分为四层：第一层是信息管理网，顾客可依照实际状况选用；第二层是过程信息网SOnet，即C网；第三层是过程控制网SCnet，系统采用1:1冗余高速工业以太网，互为冗余两网分别叫做A、B网；第四层网络是控制站内部I/O控制总线SBUS。系统网络构造图如下：图5.14 系统网络构造图本设计中将采用二网合一网络架构方案，所谓“二网合一”，即将过程信息网C网和过程控制网B网合并成一种网络，这样可以在硬件上节约一种互换机成本。详细网络IP设立方案如下：过程控制A网网络号为：128.128.1，即主控卡、操作站网卡在A网IP地址为：128.128.1.XXX；B网网络号为：128.128.2，即主控卡、操作站网卡在B网IP地址为：128.128.2.XXX；其中“XXX”在控制站中由主控制卡拨码开关决定(2127)，在操作站中由软件设定(129200)。过程信息网C网IP地址格式为128.128.5.XXX，其中128.128.5为网络码，主机码XXX等于在控制网上主机码。采用二网合一方案时，只需在计算机B网网卡中多配备一种虚拟IP地址:128.128.5.XXX即可，二网合一方案示意图如下：图5.15 二网合一方案示意图5.4 DCS系统外配设计“外配”，重要是指DCS以外硬件设备及必要时连接DCS与执行机构、DCS与检测单元中间设备。外配设计是DCS系统总体设计重要一环，涉及电源及供电设计、三、四线制外供电仪表设计、端子板、安全栅、隔离器、防雷栅等某些设计内容。由于系统防爆设计对于整个系统安全可靠运营极其重要，这里重要讨论安全栅设计内容。安全栅（safety barrier），是接在本质安全电路和非本质安全电路之间隔离器件。它是将供应本质安全电路电压或电流限制在一定安全范畴内装置,其 核心元件为齐纳二极管，限流电阻及迅速熔断丝，它能在安全区和危险区之间双向转递电信号，并可限制因故障引起安全区向危险区能量转递，工作原理如下图所示：图5.16 安全栅隔离原理图安全栅分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅两类。齐纳式安全栅，电路中采用迅速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入电能量进行限制，从而保证输出到危险区能量。它相称于一种保险丝，当浮现过高电流电压时，保险丝烧断，达到保护现场目。隔离式安全栅，采用了将输入、输出以及电源三方之间互相电气隔离电路构造，限制到现场电流电压在安全防爆范畴内，使现场无法达到火花电压电流。比较两类安全栅可以发现，齐纳栅原理简朴、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理缺陷使其应用中可靠性受到很大影响，并限制了其应用范畴，其因素如下：1、安装位置必要有非常可靠接地系统，并且该齐纳栅接地电阻必要不大于1，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样规定是十分苛刻并在实际工程应用中难以保证。2、规定来自危险区现场仪表必要是隔离型，否则通过齐纳栅接地端子与大地相接后信号无法对的传送，并且由于信号接地，直接减少信号抗干扰能力，影响系统稳定性。3、齐纳栅对电源影响较大，同步也易因电源波动而导致齐纳栅损坏。而隔离栅有诸多长处，诸如：1、可以将危险区现场回路信号和安全区回路信号有效隔离。这样本安自控系统不需要本安接地系统，简化了本安防爆系统应用时施工。2、使用隔离栅，大大增强了检测和控制回路抗干扰能力，提高系统可靠性。3、容许现场仪表接地，容许现场仪表为非隔离型。4、隔离栅有保护功能电路，意外损坏也许性较小，容许现场仪表带电检修，可缩短工程开车准备时间和减少停车时间。本设计采用了安全栅技术实现本安侧现场防爆规定。