| 1 系统简介
济钢20000m3／h制氧机工程选用的是Yokogawa公司的CENTUM CS3000集散控制系统，用于监控制氧机的各个工艺流程，完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能，其系统构成可分为三个部分。 (1)HIS：操作站，采用基于Windows NT 的通用PC机。运行操作人员通过操作员站实现对过程参数、设备状态和控制系统的在线监视和操作。 (2)WS：工程师站，采用基于Windows NT操作系统的高性能计算机，进行系统组态、生成、软件调试、系统仿真等工作。 (3)FCS：控制站，用于过程I／0信号处理，完成模拟量调节、顺序控制等实时控制运算功能。 为保证系统的可靠性及操作、观察方便，监控装置配置三个监控站(或称操作站)；现场控制站采用双重化配置，DCS系统的控制单元、网络总线、电源和通讯模板等均进行双重化配置，操作站部分采用DELL PⅢ550计算机，配用21"彩色显示器。其系统配置如图1所示。 2 自动化硬件配置 2．1 控制站部分 控制站的主要作用是进行数据采集及处理，根据控制程序来实现对过程量(如温度、压力、流量、速度、阀位等)的控制。本系统根据工艺要求设有1个控制站FCS0101，该控制站带有8个node(节点)，安装于1个控制柜和2个扩展柜中；每个节点可带5个Unit(卡件箱)，卡件分连接型和端子型两种，连接型模件利用连接电缆(KS2或KS8)连接于端子柜中。本系统共设计点数为658点，其中AI(216点)、AO(65点)，RTD(144点)，DI(124点)，DO(109点)。 控制站FCS机柜为独特的微正压机柜，所有的模件都采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封装技术，防尘、抗干扰能力强，适合各种恶劣的运行环境。模件的编址不受插槽位置的影响，在机柜的任何插槽位置上均执行其功能。模件带电插拨不会引起本模件故障，也不会影响其它模件的正常工作。模件通用性强，种类规格少，有效地减少了备品备件的费用支出。 2．2 主控制室部分 主控制室负责对全生产线的工作状况进行监视并控制。主要完成数据、图形和状态的显示，历史数据的存档，故障记录，报表打印以及设备的操作控制等。以实现分散控制、集中操作管理。 本系统为方便操作监控，共设置3个操作员站。操作员站HIS0162用以监控空压机系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统和透平压缩机、膨胀机系统的生产工艺过程，操作员站HIS0163用以监控空分塔本体系统的生产，操作员站HIS0164监控氧压机系统、氮压机系统以及液体贮槽系统的工艺流程，同时各操作员站又可互为备用。其中操作员站HIS0164还兼有工程师站的作用，通过装入支件，用来开发编制操作员站的工程应用软件。 2．3 通讯网络 CENTUM CS3000系统具有三级分层网络结构，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。 (1)V—Net：用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。采用可靠性极高的Token-Passing(令牌总线)，符合IEEE802．4标准。通讯速率为1OMbps，通讯距离最大20km。 (2)Ethernet网：用于操作站、工程师站以及上位机之间信息数据传输，数据及外设资源共享。 (3)RIO总线：用于控制站内部中央控制器FCU同远程I／O节点之间的过程数据传输的双重化实时通讯总线，可连接8个RIO节点，最大通讯距离20km。 3 自动化软件组成 CENTUM CS3000系统采用标准Windows NT操作系统，能够提供完整的、满足要求的程序软件包，包括实时操作系统、应用程序等。系统组态、生成、应用软件编辑均通过图形界面交互式菜单会话方式，方便快捷，不需要使用者具备很多计算机方面的知识。 工程师站(WS)提供标准AutoCAD组态方式。模拟控制回路组态采用Control Drawing图方式，顺序控制采用逻辑图(IBD)、顺控表(STB)等方式，所有组态在AutoCAD环境下进行。设计和组态工作可同步进行，简化了工作流程。丰富的用户自定义宏功能，使组态更加容易、高效，组态文件以图形方式打印输出。 组态文件可以在线修改下装，而不用停止控制站CPU的运行。 利用工程师站的测试功能可进行软件调试，以降低工程费用。工程师站设置有软件保护密码，以防止一般人员擅自改变控制方案、应用程序和系统数据库。所有控制算法、系统参数都贮存在存储器内，执行时无需重新装载。 工程师站可以提供MS-Excel，Visual C++、Visual Basic等通讯编程语言，以满足用户工程师开发应用软件的需要。 4 系统实现功能 济钢20000m3／h制氧机生产流程复杂，控制回路较多， 自动化程度要求很高，通过CENTUMCS3000系统的组态功能，实现连续控制和顺序控制，以保证制氧机生产的稳定性和安全性。下面就一些重要回路做简单介绍。 4．1 分子筛吸附器切换程序自动控制 4．1．1 分子筛吸附器的再生过程 一般分子筛吸附器的再生过程为：
整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。 4．1．2 分子筛吸附器自动控制过程 两组分子筛吸附器相互交替工作，MSl201处于吸附再生状态时，另一组吸附器M51202则处于工作状态。各阀门的程序切换是由DCS内部程序功能实现的。它由3张顺控表组成： STl201为总表，控制程序的起／停、暂停／继续及启动时由哪一组分子筛吸附器开始投入吸附。 STl202为MSl202的解析过程。 STl203是UZl202的扩展表，为MSl201的解析过程。 4．2 增压机回流阀控制 根据工艺流程要求，一般希望增压机出口压力保持恒定，该阀的开大或关小，可使压力降低或升高，该阀在DCS系统的控制下，即可达到压力恒定的目的。为了能在现场启停膨胀机，在现场设置机旁仪表盘，选用的手操器除具有通常的手操器输出和自动接受变送器来的控制信号并送出的功能外，还具有反馈至中控室的4~20mA模拟量信号和区分手动一自动的开关量信号，在投入自动时，它既显示PIC403来的输出信号并送到调节阀，又将相同数值的信号反馈至中控室显示；在投人手动时，作为一个信号源，它可手动操作输出4~20mA信号至调节阀，同时也将相同数值的信号反馈至DCS。其控制原理见图2。 4．3 空压机入口导叶调节 为了保证空压机排出的空气压力恒定，进而维持整个制氧机的工况稳定，采用压缩机排出压力定值调节人口导叶较为常见。而为了调节产量，所以将进冷箱空气流量作为主调，空透出口压力作为副调，组成串级调节。 5 监控画面 通过DCS系统的画面组态功能，可在操作站上监控以下画面： (1)流程图窗口画面：可实现真正的工艺流程，表征实际设备的状态。 (2)总貌窗口画面：具有32个颜色块，通过颜色变化和闪烁来代表设备的操作状态，简单地操作颜色块就可显示相应的窗口。 (3)控制窗口画面：通过软件的功能块组态成仪表面板图，显示设定值、操作输出值和状态信息。每个控制窗口画面可以显示16个仪表图。 (4)调整窗口画面：显示单个仪表的详细状态信息，包括参数清单、仪表图。 (5)趋势窗口画面：显示某个工位参数的趋势记录。 (6)状态显示窗口：可在操作站(HIS)上显示以下画面：①控制图状态显示窗口；②逻辑图状态显示窗口；③顺控表状态显示窗口；④SFC(顺控图)状态显示窗口。 6 结束语 CENTUM CS3000系统具有良好的开放性、可靠性、灵活性、人机交互的友好性、网络通信的方便性等优点，它满足了济钢制氧机对DCS系统功能的要求以及长期、稳定、安全、高效的运行要求。 |
