| 詳細說明 |
反應(yīng)釜DCS組態(tài)工程圖
涂料廠反應(yīng)釜溫度流量控制系統(tǒng)，新建化工廠項目中擬采用自動化生產(chǎn)管理裝置，該項目自動化生產(chǎn)的內(nèi)容主要是反應(yīng)釜的加料和反應(yīng)溫度控制。本次新建涉及的生產(chǎn)設(shè)備包括反應(yīng)釜23套、儲料桶4套。該部分裝置區(qū)域?qū)儆诜欠辣瑓^(qū)，設(shè)備材料不需要防爆。生產(chǎn)過程涉及到的介質(zhì)有蒸汽、冷卻水、及反應(yīng)所需物質(zhì)。
第二車間DCS系統(tǒng)組態(tài)圖
1. 建設(shè)目標
1.1 總體目標
本次建設(shè)的總體目標是：
l 提高生產(chǎn)管理水平
通過自動化生產(chǎn)，使生產(chǎn)中的溫度控制、計量控制、投料控制等生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)管理的質(zhì)量。
l 提高安全管理水平
對于生產(chǎn)過程中的溫度、壓力超限提供記錄、報警、自動連鎖處理等手段，對影響生產(chǎn)安全的環(huán)節(jié)提供自動化處理，。
1.2 控制需求
l 反應(yīng)釜控制
實現(xiàn)反應(yīng)釜反應(yīng)過程的溫度控制，對升溫保溫、降溫等過程自動完成，實現(xiàn)溫度監(jiān)測和報警。
l 進料計量控制
儲物桶會根據(jù)生產(chǎn)流程，依次對每個反應(yīng)釜進行物料添加。在添加反應(yīng)物料時需要提供物料計量控制。在生產(chǎn)過程中，儲物桶只會對其中一個反應(yīng)釜添加物料，不會同時給兩個或兩個以上的反應(yīng)釜添加。
l 儲物桶液位、溫度檢測
對存放反應(yīng)原料的儲物桶進行液位和內(nèi)部溫度的監(jiān)測和報警。
2. 控制方案
2.1 方案選型原則
l 以DCS作為自動控制核心
根據(jù)本項目的特點，需要監(jiān)測和控制的對象基本都是溫度、壓力、流量等連續(xù)過程信號，而不是開關(guān)的邏輯信號，因此方案將以DCS控制系統(tǒng)作為核心。
l 配備冗余控制器提高系統(tǒng)可靠性
根據(jù)生產(chǎn)過程對可靠性、安全性的需要，將配備冗余控制器進行自動控制。在DCS系統(tǒng)運行時，該冗余控制器互為備用，一旦某個控制器出現(xiàn)故障，另一個將無擾切換投入工作，并提供報警信號，供用戶及時處理故障，并且不影響生產(chǎn)的自動控制過程。
2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為本項目設(shè)計的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
控制系統(tǒng)采用HPCS-4000+，高速數(shù)據(jù)總線是冗余布置的100M工業(yè)以太網(wǎng)。
系統(tǒng)配置一對冗余控制器，控制器通過I/O總線與I/O模塊進行數(shù)據(jù)通訊，獲取經(jīng)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場信號，或者對現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送控制指令。
I/O模塊用于處理現(xiàn)場各種信號，本系統(tǒng)需要使用的模塊有模擬量輸入（4~20mA）、模擬輸出（4~20mA）、熱電阻、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等幾種。這些模塊都可帶電插拔，便于在生產(chǎn)過程中實時維護。
上位機部分根據(jù)目前實際需要，配置兩臺上位機，一臺作為操作員站，負責對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和操作，另一臺作為工程師站，對控制系統(tǒng)進行組態(tài)和維護，并在必要時可以作為操作員站的備用機。
2.3 數(shù)據(jù)采集功能
數(shù)據(jù)采集 (DAS)可連續(xù)采集和處理所有與生產(chǎn)系統(tǒng)有關(guān)的重要測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全經(jīng)濟運行。一旦生產(chǎn)裝置發(fā)生任何異常工況，及時報警，提高生產(chǎn)安全特性。
DAS具有下列功能:
l 顯示: 包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、報警顯示等。
l 制表記錄: 包括定期記錄、事故追憶記錄、事故順序(SOE)記錄、首出原因記錄等。
l 歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索
2.3.1 顯示功能
1) 每個上位機畫面能綜合顯示字符和圖象信息，運行人員通過CRT實現(xiàn)對運行過程的操作和監(jiān)視。
2) 流程圖畫面。以類似用戶的流程圖的形式，顯示過程信息，并設(shè)有操作窗口，可對任一控制回路進行操作。
3) 每幅畫面能顯示過程變量的實時數(shù)據(jù)和運行設(shè)備的狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)應(yīng)每秒更新一次。顯示的顏色或圖形隨過程狀態(tài)的變化而變化。
4) 提供棒狀圖和趨勢圖，幫助用戶查看過程信號的變化。
5) 可顯示DCS系統(tǒng)內(nèi)所有的過程點，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、中間變量和計算值。包括標志號(通常為Tag)、說明、數(shù)值、性質(zhì)、工程單位、高低限值等。
6) 在監(jiān)控畫面上提供操作指導，并由CRT的圖象和文字顯示出來。
7) 可根據(jù)運行要求和參考用戶提供的P&ID，提供足夠和的用戶畫面。用戶畫面的型式與數(shù)量，可以在工程設(shè)計階段或后期生產(chǎn)階段按實際要求進行增加和修改。
8) 標準畫面顯示。提供報警顯示、趨勢顯示、成組顯示、棒狀顯示等標準畫面顯示。
9) 成組顯示。在技術(shù)上相關(guān)聯(lián)的模擬量和數(shù)字量信號，可以組合成組顯示畫面，并保存在存儲器內(nèi)，便于運行人員調(diào)用。
10) 趨勢顯示。系統(tǒng)可以提供歷史數(shù)據(jù)的趨勢和實時數(shù)據(jù)的趨勢顯示。趨勢顯示可用整幅畫面顯示，也可在任何其它畫面的某一部位，用任意尺寸顯示。所有模擬量信號及計算值，均可設(shè)置為趨勢顯示。
11) 報警顯示。報警分為系統(tǒng)部件故障報警(包括診斷報警和后備硬件故障報警)和工藝過程報警(值報警、偏差報警、變化速度報警)兩類。無論當時屏幕上是何種畫面，系統(tǒng)可以音響和突出顯示(閃爍、顏色改變等)方式通知操作員
12) 系統(tǒng)狀態(tài)顯示。系統(tǒng)狀態(tài)顯示可以表示出與數(shù)據(jù)通訊總線相連接的各個過程站的狀態(tài)。各個站內(nèi)所有I/O模件的運行狀態(tài)均應(yīng)包括在系統(tǒng)狀態(tài)顯示中，任何一個站或模件發(fā)生故障，相應(yīng)的狀態(tài)顯示畫面應(yīng)改變顏色和亮度以引起運行人員的注意。
2.3.2 記錄功能
1) 記錄功能可由工程組態(tài)確定，數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點均應(yīng)可以記錄。
2) 系統(tǒng)能提供生成以下報表:定期報表、操作記錄、事件順序記錄等。
3) 歷史數(shù)據(jù)的存儲和檢索(HSR)。系統(tǒng)提供的HSR系統(tǒng)至少能保存系統(tǒng)所有過程變量和開關(guān)變量，并提供長達1年的保存事件。
4) HSR的采樣周期可根據(jù)不同的過程變量分1秒、3秒、5秒、1分和3分可選。
2.4 過程控制功能
以下的控制功能均指在控制器中實現(xiàn)的軟件功能。
2.4.1 回路控制功能
1) 系統(tǒng)提供PID單回路調(diào)節(jié)、串級調(diào)節(jié)等功能。
2) 提供匹配的手操器模塊，進行手自動切換操作。所有PID的操作在上位機提供匹配的模擬手操器面板。
3) 提供伺服模塊，用于實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的模擬伺服操作。
2.4.2 設(shè)備控制功能
1) 提供單向電機（例如攪拌電機）的集成控制模塊。
2) 提供電動閥門的集成控制模塊。
3) 以上電機控制的功能模塊，在上位機均提供相應(yīng)的操作面板。
2.5 系統(tǒng)主要參數(shù)
| 信號處理參數(shù) | |
| 模擬量輸入 | 小于等于0.1% |
| 模擬量輸出 | 小于等于0.2% |
| 模入通道共模干擾抑制比 | 大于120dB |
| 控制器參數(shù) | |
| I/O容量 | 4096點/控制器 |
| 控制回路 | 按需配置 |
| 實時數(shù)據(jù)采集周期 | 100ms |
| 控制周期 | 100ms，可調(diào)整 |
| 實時數(shù)據(jù)庫容量 | 64000點 |
| 通訊參數(shù) | |
| I/O網(wǎng)絡(luò)通信速率 | 1MBps |
| 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊速率 | 100MBps |
| 冗余功能參數(shù) | |
| 冗余電源 | 提供 |
| 冗余通訊鏈路 | 提供 |
| 冗余控制 | 提供 |
| 電源參數(shù) | |
| 交流供電 | 220VAC 10%，47～53HZ |
| 過電流保護 | 負載達到額定值105%～150%時保護 |
| 過電壓保護 | 輸出電壓達到標稱值140%～170%時保護 |
3. 系統(tǒng)測點估算
根據(jù)客戶對生產(chǎn)控制的需求，測點估算如下：
l 反應(yīng)釜控制
為實現(xiàn)溫度控制，每個反應(yīng)釜需要的信號測點是
| 測點 | 信號類型 | 數(shù)量 | 說明 |
| 反應(yīng)釜物料溫度 | Pt100 | 1 | 基本測量需設(shè)置一支，若反應(yīng)物上下溫差較大，需設(shè)置兩支或以上。（目前按一支測算） |
| 加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開度 | 4~20mA輸出 | 1 | 調(diào)節(jié)用于加熱蒸汽的流量 |
| 加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)閥反饋 | 4~20mA輸入 | 1 | 調(diào)節(jié)閥當前開度的反饋信號 |
| 攪拌電機指令 | 開關(guān)輸出 | 2 | 電機的開指令和關(guān)指令 |
| 攪拌電機狀態(tài) | 開關(guān)輸入 | 1 | 電機的運行狀態(tài) |
| 冷卻水電磁閥指令 | 開關(guān)輸出 | 1 | 在反應(yīng)溫度過高時，作為緊急降溫手段的開關(guān)指令 |
| 入口加料電磁閥指令 | 開關(guān)輸出 | 5 | 四種物料及水的加料控制 |
初期建設(shè)共23套反應(yīng)釜。
加熱蒸汽的入口控制，也許會采用手動就地控制。
入口加料的閥門此處按電磁閥估算，若將來實際情況是電動閥，則需要重新估算（開關(guān)的信號數(shù)量會發(fā)生很大變化）。
l 進料計量控制
| 測點 | 信號類型 | 數(shù)量 | 說明 |
| 物料流量 | 4~20mA輸入 | 1 | 測量儲料桶的出口流量 |
現(xiàn)場共建設(shè)4個儲料桶，以及1個給水計量，分別給23套反應(yīng)釜加料，出口計量處至反應(yīng)釜入口加料閥之間管道內(nèi)流量可忽略不計。
若以后需要精確計量，需要在反應(yīng)釜入口處增加計量點。
l 儲物桶液位、溫度檢測
| 測點 | 信號類型 | 數(shù)量 | 說明 |
| 儲物桶液位 | 4~20mA輸入 | 1 | 測量儲料桶內(nèi)的液位 |
| 儲物桶溫度 | Pt100 | 1 | 測量儲料桶內(nèi)的溫度 |
以4個儲物桶計算。
按上述分析，所需測點如下：
| 信號類型 | 數(shù)量 | 預(yù)留10% | 通道數(shù)/模塊 | 模塊數(shù) |
| 4~20mA輸入 | 33 | 37 | 8 | 5 |
| Pt100熱電阻 | 28 | 31 | 8 | 4 |
| 4~20mA輸出 | 23 | 26 | 4 | 7 |
| 開關(guān)輸入 | 23 | 25 | 16 | 2 |
| 開關(guān)輸出 | 184 | 202 | 8 | 26 |
4. 系統(tǒng)配置清單
根據(jù)目前用戶的控制需求，提供配置清單如下：
| 項目 | 規(guī)格型號 | 數(shù)量 | 廠家 |
| 控制系統(tǒng) | | | |
| 過程控制器(DPU) | 5CX11 | 2塊 | 華文 |
| 模擬量輸入（AI）模塊 | 5MAC1 | 5塊 | 華文 |
| 模擬量輸入（RTD）模塊 | 5MAR1 | 4塊 | 華文 |
| 模擬量輸出（AO）模塊 | 5MAC2-I | 7塊 | 華文 |
| 開關(guān)量輸入(DI)模塊 | 5MDD1 | 2塊 | 華文 |
| 繼電器輸出（DO）模塊 | 5MDD2-J | 26塊 | 華文 |
| 通用模塊端子座 | TA003 | 9塊 | 華文 |
| 繼電器型DO模塊端子座 | TB007 | 13塊 | 華文 |
| DPU端子座 | TD021 | 1塊 | 華文 |
| 開關(guān)電源組 | 5BPOW | 2個 | 華文 |
| 交流電源切換裝置 | 5BACU-3 | 1個 | 華文 |
| 10芯總線電纜 | LGH10 | 1根 | 華文 |
| 控制柜 | 800*700*2200 | 1個 | 華文 |
| 軟件/組態(tài)編程軟件 | 一體化 | 2個 | 華文 |
| 通用配件 | | | |
| 交換機 | 8口 | 2個 | D-Link |
| 網(wǎng)線 | 超五類雙絞線 | 300米 | AMP |
| 操作站HMI | 4G/500G/標準鍵鼠/雙100M網(wǎng)卡 | 2臺 | DELL |
| 操作站顯示器 | 23〞LCD | 2臺 | DELL |
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