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        2021 IAS展
        DCS

        DCS在橡膠凝聚裝置儀表控制系統的應用

          2016年08月30日  

          一 引言

          燕山石化公司合成橡膠凝聚裝置的儀表控制系統原由常規儀表構成,且全是其他裝置更換下來的舊表,故障率較高。為了提高自動化水平,增強儀表控制系統的可靠性,我們對其進行了改造,淘汰了控制室內的所有常規儀表,改用DCS。

         

          浙大中控公司的SUPCON JX-300X DCS充分利用了最新信號處理技術、高速網絡通信技術、可靠成熟的先進控制算法,使其兼具了高速可靠的數據輸入輸出運算、過程控制和PLC聯鎖邏輯控制功能,獲得了廣泛的應用,特別是其性能價格比優于同等規模的常規儀表系統,成了我們儀表改造首選的產品。

          二 工藝流程簡介

          凝聚裝置采用水蒸氣蒸餾、濕法脫氣的原理,脫去膠液中的溶劑油?,F有兩條生產線,每條線包括膠罐系統、凝聚釜系統、尾氣回收系統。每條生產線有4個膠罐,根據膠液熔融指數的不同,不同膠罐中的膠液按相應的比例混配,保證膠液熔融指數合格。合格的膠液送至凝聚釜,根據水蒸氣蒸餾、濕法脫氣的原理,采用等壓不等溫的雙釜水析凝聚技術,把溶劑油和膠分離。凝聚釜分離出來的溶劑油尾氣由尾氣回收系統回收再利用。

          三 DCS配置

          JX-300X DCS由一個多功能站、一個操作站、一個控制站和過程控制網絡組成,系統結構如圖1。

         

          多功能站既可作操作站使用也可作工程師站使用。工程師站內裝有相應的組態平臺和系統維護工具。操作站是操作人員完成生產過程監控管理任務的平臺。

          多功能站和操作站的硬件組成是完全一樣的,包括工控PC機、CRT、鼠標、鍵盤、網卡、專用操作員鍵盤、操作臺等。

          控制站完成整個工業過程的實時監控功能,由主控制卡、數據轉發卡、I/O卡件、供電單元等組成??刂普镜母鞣N卡件均可冗余配置,為了增加系統的可靠性,我們對控制站的主控制卡、數據轉發卡進行了冗余配置,控制回路的I/O卡件也采用冗余配置。表1列出了控制站的硬件,表2為系統的I/O信號及卡件配備表。

         

          四 特殊功能的實現

          1. 膠液流量的控制

          膠液自膠罐經膠液泵輸送到1號凝聚釜,其帶控制點流程如圖2。

         

          根據工藝情況和生產量的大小,有時運行一臺膠液泵(A泵或B泵);有時運行兩臺泵(A泵和B泵);有時兩臺泵都不運行,而使用另一條生產線的膠液泵。

          這種控制方案用DCS提供的常規控制方案無法實現,為此,使用圖3所示的自定義控制方案。

         

          圖3中,AI為DCS的模擬輸入點,AO1、AO2為DCS的模擬輸出點,FIC為自定義回路,其算法由SCX編程語言提供的PID算法函數實現,SELA、SELB為兩個一字節自定義變量,當SELA、SELB的值為ON時,相對應的AO1、

          AO2和FIC接通,相對應的變頻調速泵就受流量控制。當SELA、SELB的值均為OFF時,默認A泵受控制,這是因為如果AO1和AO2都不和FIC接通,FIC就不會從AI中讀取數據,在這種情況下,當使用另一條生產線的膠液泵時,膠液流量就不隨實際流量變化。

          要實現這個控制方案,首先要定義兩個一字節自定義變量,輸入SCX語言程序并編譯,然后在自定義回路中用程序中所用的回路號登錄并設置相應參數。為了方便操作,在流程圖上建兩個按鈕,分別和自定義變量SELA、SELB聯系,運行時,在流程圖上點擊相應按鈕,就可對SELA或SELB置值,從而選擇哪個泵用來調節流量。

          2. 膠罐容積的顯示

          在工藝操作中,為了便于生產調度,操作人員記錄的是膠罐容積而不是液位百分數。原來操作人員都是根據儀表的百分讀數查對照表來換算膠罐容積,DCS提供的折線函數十分容易地解決了這個問題。JX-300X DCS有兩種折線運算方法。一種是首先在自定義折線函數中定義自定義折線函數,然后在模擬輸入點設置組態時選中所需的自定義函數即可;另一種方法是利用SCX編程語言提供的折線運算功能實現。前一種方法只能提供折線運算后的數據,而不能提供原始數據(液位百分數),不利于和現場變送器對照,因此采用SCX編程語言實現膠罐容積的顯示。為此,要建一個自定義兩字節變量顯示膠罐容積,用模擬輸入點顯示液位百分數,兩者用SCX編程語言的折線運算功能進行轉換。

          需要指出的是,JX-300X DCS的各種運算都是對量程的百分數進行計算的。如液位80%,算法為0.8而不是80,工業量程的轉換由點本身來實現。

          五 使用中的體會

          1. 控制站配置

          (1)JX- 300X DCS的每個過程控制網最多可掛15個控制站,每個控制站的主控制卡可以冗余配置也可以不冗余配置,地址范圍是2~31。冗余配置時,兩塊主控制卡的地址應遵循“I和I+1連續,且I必須為偶數,2≤I<31”的原則,且地址不能重復;不冗余配置時,主控制卡的地址為I,I為偶數,2≤I<31,地址I+1必須保留,不能用作其他主控制卡的地址。

          (2)每個控制站最多有8個機籠(8個邏輯數據轉發卡)。數據轉發卡可以冗余配置也可以不冗余配置,地址范圍是0~15。冗余配置時,兩塊數據轉發卡的地址應遵循“I和I+1連續,且I必須為偶數,0≤I<15”的原則,且地址不能重復;不冗余配置時,數據轉發卡可插在兩個槽位中的任何一個,地址為I,I為偶數,0≤I<15,地址I+1必須保留,不能用作其他數據轉發卡的地址。

          (3)每個機籠有16個I/O卡件插槽,地址為0~15。當I/O卡件冗余配置時,互為冗余的兩塊卡件必須插在I和I+1槽位,I為偶數,0≤I<15。

          (4)電流信號輸入卡SP313每個回路既可向外供電也可不向外供電。在I/O卡件配置時,應盡量使同一塊卡件的所有回路要么全向外供電,要么全不向外供電,同時應盡量把向外供電的卡件分配到不同的機籠中。

          2. 組態

          SUPCON JX-300X DCS的組態包括主機設置、控制站組態、操作站組態,三者必須按順序完成。

          主機設置是對系統各主控制卡、操作站、工程師站在系統中的位置進行組態,也就是每個站在過程控制網絡上的地址、每個控制站的運算周期、是否冗余等的組態。

          控制站組態是指對控制站硬件和控制方案的組態,圖4為控制站組態流程。

          在進行控制站組態時,要注意以下事項:

          (1)首先進行I/O組態,包括數據轉發卡、I/O卡件、信號點、信號點參數設置的組態,組態時要按圖中箭頭所示順序進行;

          (2)在進行自定義控制方案組態時,最好先完成I/O組態、自定義變量定義,然后在SCKey組態軟件中啟動SCX編程語言編程(不要單獨啟動SCX編程語言),這樣SCX編程語言能直接引用已經組態的信號點位號,減少輸入和編譯錯誤;

          (3)自定義控制方案程序編譯通過后,必須在自定義回路中登錄,登錄的自定義回路號要和程序中的引用號相同;

          (4)各種卡件的組態地址要和硬件地址相同;

          (5)在進行熱電阻信號點參數設置組態時,必須指明量程范圍;

          (6)在進行信號點參數設置組態時,信號點的報警使能狀態要組為使能(也就是選中報警)狀態,這樣,在監控軟件運行時,既可使該點有報警,也可禁止該點報警,否則在運行時就不能使該點具有報警功能,如要更改,必須重新組態、編譯、下載;

          (7)在進行信號點參數設置組態時,報警值要根據工藝要求組態,如留到監控軟件運行時更改,當重新下載軟件時,報警值就會變為原組態值,影響安全運行;

          (8)報警級別并不是各種報警的優先權,而是為了方便不同的操作小組查看相應級別的報警。

          操作站組態是面向操作人員的計算機操作平臺的定義,主要包括操作小組設置、標準畫面組態(總貌畫面、趨勢曲線、控制分組、數據一覽)、流程圖、報表、自定義鍵、語音報警等6部分。操作站組態要注意以下事項:

          (1)在進行操作站組態時,必須先進行操作小組設置,一個系統最多可組16個操作小組,每個操作小組可有不同的操作畫面;

          (2)流程圖組態軟件、報表制作軟件最好在組態軟件SCKey下啟動;

          (3)在繪制流程圖時,動態對象(數值、圖形)可以和非動態對象、其他動態對象重疊,當動態對象和非動態對象重疊時,動態對象要置于圖形的最上層,一個動態對象不能和其他任何對象組合成組合對象,否則監控軟件運行時沒有動態效果,動態對象不能進行剪切、粘貼,但可以在同一張流程圖上復制;

          (4)趨勢(歷史)數據在操作站計算機硬盤上記錄的時間由趨勢畫面組態的存儲點數和存儲間隔決定。每張趨勢畫面的存儲點數可在1920~2592000間選擇,存儲間隔可在1~3600s間任選,存儲點數乘以存儲間隔就是趨勢數據記錄的時間(s),如一張趨勢畫面組態的存儲點數為1920點,存儲間隔為1s,則可記錄1920s(32min)的趨勢數據,如存儲間隔改為60s,則可記錄1920min(32h)的趨勢數據;

          (5)每張趨勢畫面顯示的最大時間范圍為960乘以存儲間隔,如存儲間隔為1s,則最大顯示時間為960s(16min);如存儲間隔為60s,則最大顯示時間為960min(16h);

          (6)在趨勢畫面組態時,如組態的存儲間隔較長,觀察到的趨勢可能會和實際不一樣,特別是對變化較快的參數,因此對同一組參數,建議組兩張趨勢畫面,一張時間間隔為1s,一張時間間隔為60s,前者比較真實地反映參數的變化情況,后者便于觀察操作是否平穩,便于生產管理;

          (7)趨勢畫面中不能包含模擬輸出點,如想查看模擬輸出點的趨勢,可用參數:控制回路位號.MV。注意:模擬輸出點也不能操作,要想操作,必須建一個控制回路和其相連。

          3. 組態下載

          組態下載用于將上位機上的組態內容編譯后下載到控制站。在修改與控制站有關的組態信息(主控制卡配置、I/O卡件配置、信號點組態、常規控制方案組態、SCX語言組態等)后,需要重新下載組態信息;如果修改操作站組態信息(標準畫面組態、流程圖組態、報表組態等)則不需要下載組態信息。

          在組態下載畫面上有將要下載的組態文件信息和已經下載(控制站正運行)的文件信息,兩者都包括文件名、編譯日期及時間、文件大小、特征字。如果組態編譯后兩者的特征字相同,就可以不進行組態下載;如果組態編譯后兩者的特征字不相同,就必須進行組態下載。在監控軟件運行時,如果指示操作站和控制站運行軟件是否一致的指示燈閃爍,也必須進入組態軟件進行組態下載。

          組態下載有全部下載和部分下載兩種方式。全部下載將組態的所有內容下載到控制站;部分下載可以選擇下載總體組態信息、AI信息、AO信息、常規控制回路信息、SCX語言程序、梯形圖程序或折線表定義。其中AI信息、AO信息、常規控制回路信息還可以選擇部分回路下載,此時必須指定想要下載的回路號,常規控制回路的回路號就是組態登記的回路號;AI的回路號就是所有已經組態的AI點按硬件地址排列的順序號;如某控制站的1號和2號機籠均組態有一塊4回路AI卡件,1號機籠內組態了4個AI點,2號機籠的卡件上組態了3個AI點,分別在卡件的1、2、4通道,則2號機籠AI卡件第4通道對應的AI點的回路號就是7。同樣,AO的回路號就是所有已經組態的AO點按硬件地址排列的順序號。

          由于JX-300X DCS的內部軟件地址采用上述方法確定,所以位號一旦組態,就不能刪除(除非所刪位號位于最后),硬件上空的點也不能插入組態新點(如上例中2號機籠中AI卡件的第3通道就不能組態使用),否則后面所有位號的軟件地址都會移位,造成系統混亂。因此在組態時,特別是需要在線修改時還要注意以下事項:

          (1)最好I/O卡件的所有通道都要組態,無實際位號的用假位號代替,作為備用,這樣才能發揮硬件富余量的作用,將來如要用某一點,更改位號名并重新設置即可;

          (2)不要刪除已經組態的位號(除非所刪位號位于最后),不用的位號可以保留作為備用;

          (3)如要增加位號,只能在所空硬件的最后增加,不可在中間插入,也就是說空的硬件點如沒有預先組態,就不能再使用,從而造成浪費;

          (4)增加自定義變量時,應在所有已定義的自定義變量的最后增加;

          (5)自定義控制方案程序中應盡量不用臨時變量(全局變量和局部變量),而使用自定義變量;

          (6)自定義控制方案程序中的臨時變量也要在已有臨時變量的最后增加。

          如果進行了組態下載,就必須從工程師站向各操作站進行組態傳送。否則,指示操作站和控制站運行軟件是否一致的指示燈就會閃爍。

          4. 運行維護

          4路電流輸入卡SP313的每一路均可接收0~10mA或4~20mA信號,既可以向變送器供電也可以不供電,這4路信號分為兩組,其中1、2通道為一組,3、4通道為一組,兩組間的信號互相隔離,并且與控制站的電源隔離,但同一組內的兩個信號采用同一個隔離電源供電,實際應用中如需點點隔離,SP313卡就只能接受兩路信號,并且這兩路信號要分別接入不同組的兩個通道上。在對同一組的兩個現場變送器進行維護時,要特別注意一個回路對另一個回路的影響,因為如果其中一個回路短路或因變送器故障輸出電流大于30mA(向外供電時的短路保護電流),SP313卡就會自動保護,造成兩個回路都無輸入。因此建議如需拆接變送器的端子接線,最好在室內接線端子處先斷開回路,以免造成短路。

          另外如果同一組的兩個現場變送器全是智能變送器,那么手持通信器就不能和智能變送器通信,要想實現兩者間的通信,就必須斷開一個回路。

          開關量輸入卡SP363X接收無源觸點信號,通過卡件上的跳線可以選擇是7路或是8路輸入,當選擇7路輸入時,一塊卡件上的7個回路公用一根地線;當選擇8

          路輸入時,同一機籠中的所有SP363X卡件的所有回路公用一根地線。因此,為了減少公用地線引起的風險,應將SP363X卡設置為7路輸入,維修時不要隨意動這根地線。

          開關量輸出卡SP362X輸出無源晶體管觸點信號,通過卡件上的跳線可以選擇是7路或是8路輸入,當選擇7

          路輸入時,一塊卡件上的7個回路公用一根地線;當選擇8路輸入時,同一機籠中的所有SP362X卡件的所有回路公用一根地線。因此為了減少公用地線引起的風險,應將SP362X卡設置為7路輸入,維修時不要隨意動這根地線,如果公用地線斷路可能會造成使用同一公用地線的所有SP362X卡件相繼燒毀。

          JX-300X DCS提供的故障診斷畫面比較全面地顯示了控制站軟、硬件的運行情況,一旦自檢到操作站和控制站通信故障、主控制卡故障、數據轉發卡故障、I/O卡件故障,故障診斷畫面就會有相應的顯示,并進行聲音報警。

          對于系統本身的各種故障,操作或DCS維護人員可根據操作畫面綜合信息欄內的系統報警指示燈狀態進行判斷。該指示燈正常時為綠色,一旦注意到該指示燈以紅色閃爍就可以利用故障診斷畫面進行故障分析和排除。浙大中控公司可根據用戶需求提供掉電報警裝置,解決了安全運行中的潛在危害。

          六 結束語

          和其他DCS相比,JX-300X DCS組態工作簡單明了,軟件功能豐富,能方便地實現一些復雜的控制方案。該系統自投用以來,運行效果良好,大大降低了操作人員的勞動強度,控制效果平穩,故障率很低。

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