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詳細(xì)介紹
| 詳細(xì)說(shuō)明 |
精細(xì)化工廠DCS改造升級(jí)系統(tǒng)，精細(xì)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(chē)間的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化改造。該車(chē)間主要生產(chǎn)任務(wù)是進(jìn)行染料的生產(chǎn)和罐裝過(guò)程。本次改造涉及的生產(chǎn)設(shè)備包括不銹鋼反應(yīng)釜1套、計(jì)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?qū)儆诜欠辣瑓^(qū)，設(shè)備材料不需要防爆。生產(chǎn)過(guò)程涉及到的介質(zhì)有、蒸汽、冷卻水等物質(zhì)。目前該項(xiàng)目的生產(chǎn)設(shè)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(jìn)行中，儀表的安裝將配合自動(dòng)化改造的需要進(jìn)行。
1. 改造目標(biāo)
1.1 總體目標(biāo)
本次改造的總體目標(biāo)是：
l 提高生產(chǎn)管理水平
通過(guò)自動(dòng)化改造，使生產(chǎn)中的溫度控制、計(jì)量控制、投料控制等生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力超限提供記錄、報(bào)警、自動(dòng)連鎖處理等手段，對(duì)影響生產(chǎn)安全的環(huán)節(jié)提供自動(dòng)化處理，。
l 自動(dòng)化水平循序漸進(jìn)
考慮到企業(yè)員工對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)方式的適應(yīng)能力，因此本項(xiàng)目方案中，應(yīng)保證手動(dòng)生產(chǎn)能作為后備手段，在必要時(shí)替代自動(dòng)化的生產(chǎn)方式；
由于目前生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)基本具備手動(dòng)生產(chǎn)的功能，且可能很快將投入生產(chǎn)，因此自動(dòng)化改造要減少對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響。
1.2 控制需求
l 不銹鋼反應(yīng)釜控制需求
實(shí)現(xiàn)升溫保溫、降溫等溫度控制，實(shí)現(xiàn)壓力監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
l 計(jì)量桶控制需求
進(jìn)行稱(chēng)重計(jì)量控制，并根據(jù)流量校驗(yàn)計(jì)量誤差。
l 重氮桶控制需求
對(duì)攪拌電機(jī)、物料溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警。對(duì)物料溫度超限進(jìn)行自動(dòng)冷卻處理。進(jìn)行投料計(jì)量控制。
l 耦合桶控制需求
對(duì)物料溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制和物料計(jì)量控制。
2. 控制方案
2.1 方案選型原則
l 以DCS作為自動(dòng)控制核心
根據(jù)本改造項(xiàng)目的特點(diǎn)，需要監(jiān)測(cè)和控制的對(duì)象基本都是溫度、壓力、流量等連續(xù)過(guò)程信號(hào)，而不是開(kāi)關(guān)的邏輯信號(hào)，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(guò)程對(duì)可靠性、安全性的需要，將配備冗余控制器進(jìn)行自動(dòng)控制。在DCS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，該冗余控制器互為備用，一旦某個(gè)控制器出現(xiàn)故障，另一個(gè)將無(wú)擾切換投入工作，并提供報(bào)警信號(hào)，供用戶(hù)及時(shí)處理故障，并且不影響生產(chǎn)的自動(dòng)控制過(guò)程。
l 提供手自動(dòng)的備份運(yùn)行方式
所有現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)分配器產(chǎn)生一分二信號(hào)，一路信號(hào)供就地監(jiān)測(cè)，另一路信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。
凡是涉及到調(diào)節(jié)控制的閥門(mén)在管線上安排一個(gè)手動(dòng)閥和一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)手動(dòng)閥全開(kāi)，由自動(dòng)閥根據(jù)DCS指令自動(dòng)調(diào)節(jié)；在全手動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，自動(dòng)閥全開(kāi)，由員工調(diào)節(jié)手動(dòng)閥進(jìn)行生產(chǎn)。
凡是涉及到電動(dòng)開(kāi)關(guān)的閥門(mén)，在電氣柜中安排一副開(kāi)關(guān)從DCS引入的開(kāi)關(guān)信號(hào)，然后通過(guò)就地控制箱上的切換開(kāi)關(guān)，選擇由現(xiàn)場(chǎng)操作箱操作或是DCS控制。
2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(duì)冗余控制器，控制器通過(guò)I/O總線與I/O模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，獲取經(jīng)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，或者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送控制指令。
I/O模塊用于處理現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)，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(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)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(guò)程中實(shí)時(shí)維護(hù)。
上位機(jī)部分根據(jù)目前實(shí)際需要，配置兩臺(tái)上位機(jī)，一臺(tái)作為操作員站，負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和操作，另一臺(tái)作為工程師站，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和維護(hù)，并在必要時(shí)可以作為操作員站的備用機(jī)。
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(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一旦生產(chǎn)裝置發(fā)生任何異常工況，及時(shí)報(bào)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(bào)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(chǔ)和檢索
2.3.1 顯示功能
1) 每個(gè)上位機(jī)畫(huà)面能綜合顯示字符和圖象信息，運(yùn)行人員通過(guò)CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行過(guò)程的操作和監(jiān)視。
2) 流程圖畫(huà)面。以類(lèi)似用戶(hù)的流程圖的形式，顯示過(guò)程信息，并設(shè)有操作窗口，可對(duì)任一控制回路進(jìn)行操作。
3) 每幅畫(huà)面能顯示過(guò)程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)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(guò)程狀態(tài)的變化而變化。
4) 提供棒狀圖和趨勢(shì)圖，幫助用戶(hù)查看過(guò)程信號(hào)的變化。
5) 可顯示DCS系統(tǒng)內(nèi)所有的過(guò)程點(diǎn)，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(jì)算值。包括標(biāo)志號(hào)(通常為T(mén)ag)、說(shuō)明、數(shù)值、性質(zhì)、工程單位、高低限值等。
6) 在監(jiān)控畫(huà)面上提供操作指導(dǎo)，并由CRT的圖象和文字顯示出來(lái)。
7) 可根據(jù)運(yùn)行要求和參考用戶(hù)提供的P&ID，提供足夠和的用戶(hù)畫(huà)面。用戶(hù)畫(huà)面的型式與數(shù)量，可以在工程設(shè)計(jì)階段或后期生產(chǎn)階段按實(shí)際要求進(jìn)行增加和修改。
8) 標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)面顯示。提供報(bào)警顯示、趨勢(shì)顯示、成組顯示、棒狀顯示等標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)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(hào)，可以組合成組顯示畫(huà)面，并保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，便于運(yùn)行人員調(diào)用。
10) 趨勢(shì)顯示。系統(tǒng)可以提供歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)顯示。趨勢(shì)顯示可用整幅畫(huà)面顯示，也可在任何其它畫(huà)面的某一部位，用任意尺寸顯示。所有模擬量信號(hào)及計(jì)算值，均可設(shè)置為趨勢(shì)顯示。
11) 報(bào)警顯示。報(bào)警分為系統(tǒng)部件故障報(bào)警(包括診斷報(bào)警和后備硬件故障報(bào)警)和工藝過(guò)程報(bào)警(值報(bào)警、偏差報(bào)警、變化速度報(bào)警)兩類(lèi)。無(wú)論當(dāng)時(shí)屏幕上是何種畫(huà)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(gè)過(guò)程站的狀態(tài)。各個(gè)站內(nèi)所有I/O模件的運(yùn)行狀態(tài)均應(yīng)包括在系統(tǒng)狀態(tài)顯示中，任何一個(gè)站或模件發(fā)生故障，相應(yīng)的狀態(tài)顯示畫(huà)面應(yīng)改變顏色和亮度以引起運(yùn)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(kù)中所具有的所有過(guò)程點(diǎn)均應(yīng)可以記錄。
2) 系統(tǒng)能提供生成以下報(bào)表:定期報(bào)表、操作記錄、事件順序記錄等。
3) 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(guò)程變量和開(kāi)關(guān)變量，并提供長(zhǎng)達(dá)1年的保存事件。
4) HSR的采樣周期可根據(jù)不同的過(guò)程變量分1秒、3秒、5秒、1分和3分可選。
2.4 過(guò)程控制功能
以下的控制功能均指在控制器中實(shí)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(jí)調(diào)節(jié)等功能。
2) 提供匹配的手操器模塊，進(jìn)行手自動(dòng)切換操作。所有PID的操作在上位機(jī)提供匹配的模擬手操器面板。
3) 提供伺服模塊，用于實(shí)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(jī)（例如攪拌電機(jī)）的集成控制模塊。
2) 提供電動(dòng)閥門(mén)的集成控制模塊。
3) 以上電機(jī)控制的功能模塊，在上位機(jī)均提供相應(yīng)的操作面板。
2.5 系統(tǒng)主要參數(shù)
| 信號(hào)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(diǎn)/控制器 |
| 控制回路 | 按需配置 |
| 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集周期 | 100ms |
| 控制周期 | 100ms，可調(diào)整 |
| 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)容量 | 64000點(diǎn) |
| 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(guò)電流保護(hù) | 負(fù)載達(dá)到額定值105%～150%時(shí)保護(hù) |
| 過(guò)電壓保護(hù) | 輸出電壓達(dá)到標(biāo)稱(chēng)值140%～170%時(shí)保護(hù) |
3. 系統(tǒng)配置清單
根據(jù)目前用戶(hù)的控制需求，提供配置清單如下：
| 項(xiàng)目 | 規(guī)格型號(hào) | 數(shù)量 | 廠家 |
| 控制系統(tǒng) | | | |
| 過(guò)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源組 | 5BPOW | 2個(gè) | 華文 |
| 交流電源切換裝置 | 5BACU-3 | 1個(gè) | 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(gè) | 華文 |
| 控制柜 | 800*700*2200 | 1個(gè) | 華文 |
| 通用配件 | | | |
| 交換機(jī) | 8口 | 2個(gè) | D-Link |
| 網(wǎng)線 | 超五類(lèi)雙絞線 | 300米 | AMP |
| 操作臺(tái) | 1200*800*700 | 2個(gè) | |
| 操作站HMI | 4G/500G/標(biāo)準(zhǔn)鍵鼠/雙100M網(wǎng)卡 | 2臺(tái) | DELL |
| 操作站顯示器 | 23〞LCD | 2臺(tái) | DELL |
附表：
| 30m³不銹鋼反應(yīng)釜（1套） | | | | 量程 | 單位 | 數(shù)量 | AI | RTD | AO | DI | DO |
| | 反應(yīng)釜溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋 | 輸入 | | | | 1 | 1 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開(kāi)閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥開(kāi)到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 冷卻水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 冷卻水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 1 | 1 | | | | |
| | 反應(yīng)釜壓力 | 輸入 | 4-20mA | 0-1.6 | Mpa | 1 | 1 | | | | |
| 計(jì)量桶控制（6套） | | | | | | | | | | | |
| | 計(jì)量桶重量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進(jìn)料調(diào)節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 6 | | | 6 | | |
| | 進(jìn)料調(diào)節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進(jìn)料泵電機(jī)運(yùn)行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 6 | | | | | 6 |
| | 進(jìn)料泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) | 輸入 | DI | 0-1 | | 6 | | | | 6 | |
| | 進(jìn)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(chǔ)桶物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋 | 輸入 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | 1 | | | | |
| | 熱水循環(huán)泵運(yùn)行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 熱水循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài) | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| 重氮釜（2套） | | | | | | | | | | | |
| | 攪拌電機(jī)電流 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 攪拌電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 2 | | 2 | | | |
| | 亞納進(jìn)料調(diào)節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 2 | | | 2 | | |
| | 亞納進(jìn)料調(diào)節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開(kāi)閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥開(kāi)到位 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)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(kāi)閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥開(kāi)到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 緊急冷卻水閥關(guān)到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 耦合桶流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 投料流量調(diào)節(jié)閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 6 | | | 6 | | |
| | 投料流量調(diào)節(jié)閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | | 6 | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | 合計(jì) | 34 | 17 | 17 | 27 | 25 |
| | | | | | | 模塊通道 | 8 | 8 | 4 | 16 | 8 |
| | | | | | | | 5 | 3 | 5 | 2 | 4 |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
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