| 詳細說明 |
精細化工廠DCS改造升級系統(tǒng)，精細化工廠為提高生產(chǎn)管理水平，提高企業(yè)信息化程度，現(xiàn)考慮將2#生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過程進行自動化改造。該車間主要生產(chǎn)任務是進行染料的生產(chǎn)和罐裝過程。本次改造涉及的生產(chǎn)設備包括不銹鋼反應釜1套、計量桶6套、碳鋼溶解桶1套、重氮釜2套、耦合桶6套。該部分裝置區(qū)域屬于非防爆區(qū)，設備材料不需要防爆。生產(chǎn)過程涉及到的介質有、蒸汽、冷卻水等物質。目前該項目的生產(chǎn)設備的基建安裝、電氣安裝等已經(jīng)基本就緒，儀表安裝正在進行中，儀表的安裝將配合自動化改造的需要進行。
1. 改造目標
1.1 總體目標
本次改造的總體目標是：
l 提高生產(chǎn)管理水平
通過自動化改造，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，提高生產(chǎn)管理的質量。
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，。
l 自動化水平循序漸進
考慮到企業(yè)員工對自動化生產(chǎn)方式的適應能力，因此本項目方案中，應保證手動生產(chǎn)能作為后備手段，在必要時替代自動化的生產(chǎn)方式；
由于目前生產(chǎn)設備已經(jīng)基本具備手動生產(chǎn)的功能，且可能很快將投入生產(chǎn)，因此自動化改造要減少對生產(chǎn)過程的影響。
1.2 控制需求
l 不銹鋼反應釜控制需求
實現(xiàn)升溫保溫、降溫等溫度控制，實現(xiàn)壓力監(jiān)測和報警。
l 計量桶控制需求
進行稱重計量控制，并根據(jù)流量校驗計量誤差。
l 重氮桶控制需求
對攪拌電機、物料溫度進行監(jiān)測和報警。對物料溫度超限進行自動冷卻處理。進行投料計量控制。
l 耦合桶控制需求
對物料溫度進行監(jiān)測控制和物料計量控制。
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)本改造項目的特點，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。
l 提供手自動的備份運行方式
所有現(xiàn)場檢測信號通過信號分配器產(chǎn)生一分二信號，一路信號供就地監(jiān)測，另一路信號接入DCS系統(tǒng)。
凡是涉及到調節(jié)控制的閥門在管線上安排一個手動閥和一個自動調節(jié)閥。自動生產(chǎn)時手動閥全開，由自動閥根據(jù)DCS指令自動調節(jié)；在全手動生產(chǎn)時，自動閥全開，由員工調節(jié)手動閥進行生產(chǎn)。
凡是涉及到電動開關的閥門，在電氣柜中安排一副開關從DCS引入的開關信號，然后通過就地控制箱上的切換開關，選擇由現(xiàn)場操作箱操作或是DCS控制。
2.2 控制系統(tǒng)結構
為本項目設計的控制系統(tǒng)結構圖如下：
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)轉換的現(xiàn)場信號，或者對現(xiàn)場設備發(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、開關量輸入、開關量輸出等幾種。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)有關的重要測點信號及設備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關的運行信息，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)和運行設備的狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)應每秒更新一次。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、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。在技術上相關聯(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，便于運行人員調用。
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)。各個站內所有I/O模件的運行狀態(tài)均應包括在系統(tǒng)狀態(tài)顯示中，任何一個站或模件發(fā)生故障，相應的狀態(tài)顯示畫面應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單回路調節(jié)、串級調節(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)調節(jié)閥的模擬伺服操作。
2.4.2 設備控制功能
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，可調整 |
| 實時數(shù)據(jù)庫容量 | 64000點 |
| 通訊參數(shù) | |
| I/O網(wǎng)絡通信速率 | 1MBps |
| 系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊速率 | 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)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 | 3塊 | 華文 |
| 模擬量輸出（AO）模塊 | 5MAC2-I | 5塊 | 華文 |
| 開關量輸入(DI)模塊 | 5MDD1 | 2塊 | 華文 |
| 繼電器輸出（DO）模塊 | 5MDD2-J | 4塊 | 華文 |
| 通用模塊端子座 | TA003 | 8塊 | 華文 |
| 繼電器型DO模塊端子座 | TB007 | 2塊 | 華文 |
| DPU端子座 | TD021 | 1塊 | 華文 |
| 開關電源組 | 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 |
| 軟件/組態(tài)編程軟件 | 一體化 | 2個 | 華文 |
| 控制柜 | 800*700*2200 | 1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 |
| 操作臺 | 1200*800*700 | 2個 | |
| 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 |
附表：
| 30m³不銹鋼反應釜（1套） | | | | 量程 | 單位 | 數(shù)量 | AI | RTD | AO | DI | DO |
| | 反應釜溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調節(jié)閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調節(jié)閥開度反饋 | 輸入 | | | | 1 | 1 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 冷卻水調節(jié)閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 冷卻水調節(jié)閥開度反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 1 | 1 | | | | |
| | 反應釜壓力 | 輸入 | 4-20mA | 0-1.6 | Mpa | 1 | 1 | | | | |
| 計量桶控制（6套） | | | | | | | | | | | |
| | 計量桶重量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進料調節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 6 | | | 6 | | |
| | 進料調節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進料泵電機運行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 6 | | | | | 6 |
| | 進料泵電機運行狀態(tài) | 輸入 | DI | 0-1 | | 6 | | | | 6 | |
| | 進料流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| 碳鋼溶解桶（1套） | | | | | | | | | | | |
| | 熱水溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 儲桶物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調節(jié)閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調節(jié)閥開度反饋 | 輸入 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | 1 | | | | |
| | 熱水循環(huán)泵運行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 熱水循環(huán)泵運行狀態(tài) | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| 重氮釜（2套） | | | | | | | | | | | |
| | 攪拌電機電流 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 攪拌電機運行狀態(tài) | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 2 | | 2 | | | |
| | 亞納進料調節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 2 | | | 2 | | |
| | 亞納進料調節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 亞納投料流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| 耦合桶（6套） | | | | | | | | | | | |
| | 物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 6 | | 6 | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 耦合桶流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 投料流量調節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 6 | | | 6 | | |
| | 投料流量調節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | | 6 | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | 合計 | 34 | 17 | 17 | 27 | 25 |
| | | | | | | 模塊通道 | 8 | 8 | 4 | 16 | 8 |
| | | | | | | | 5 | 3 | 5 | 2 | 4 |
| | | | | | | | | | | | |
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