ABB DCS系統在焦化化工控制領域的應用

分類：技術教程日期：2007-08-15 00:00:00

【摘要】
　　本文簡要敘述了ABB的AC800F控制系統的特點，組成結構與實現方法，并對該系統在濟鋼焦化廠實際應用進行了簡介。　　
　　【關鍵詞】
　　ABB　現場總線　控制系統　　
　　　　濟南鋼鐵集團總公司投資建設兩座JN60-6型焦爐，以及配套的備煤、干熄焦和化產回收與精制系統，在該系統中，廣泛采用了ABB　AC800F型DCS系統。ABB AC800F型DCS系統是基于工業IT（IndustrialIT）的控制平臺，該控制系統平臺基于現場總線，工廠自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術和標準，具有信息綜合，高工程效率，高級可升級的解決方案，開放的通訊，即插即用等特點。　　
　　1.項目簡介：
　　　　焦化行業是集冶煉、化工于一體的復雜性工藝，由于其生產環境惡劣，對于溫度、壓力、流量以及回路控制的要求比較高，所以，如何使控制系統更好地發揮作用，提高生產效率，是很重要的一環。濟南鋼鐵集團焦化廠是以生產冶金焦為主的企業，為了融入世界經濟洪流，做大做強，跨入千萬噸級大鋼的行列，濟鋼決定將新上的120萬噸/年的兩座新型環保焦爐應用最新技術，提高自動化生產效率，同時為今后的發展打下基礎。在此項目中，我們選擇了ABB的AC800F：具有IndustrialIT控制平臺，基于現場總線的控制系統。　　
　　2.系統方案與控制結構概述：
　　　　AC800F系統是ABB集團推出的具有世界領先水平的全能綜合型開放控制系統，融傳統的DCS和PLC優點于一體，并支持多種國際現場總線標準。它既具備DCS的復雜模擬回路調節能力、友好的人機界面(HMI)及方便的工程軟件，又同時具有與高檔PLC指標相當的高速邏輯和順序控制性能。系統既可連接常規I/O，又可連接Profibus、FF、CAN、Modbus、等各種現場總線設備。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產裝置的控制，還是超大規模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應用，都能應付自如。該系統升級到V6.2（及以上版本）后，系統容量可以達到無窮多點（超過100萬個I/O），今后如果系統需要擴展，可直接在這個基礎上增加I/O或現場總線儀表，利于今后的發展。
　　　　系統包括操作級與過程級，操作級包括傳統控制功能，如操作與監視，歸檔與信息記錄，趨勢與報警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能均可在相應過程站中執行。
　　　　做為過程級是由一個或幾個過程站組成，每個過程站由AC800F和擴展I/O S800單元組成。過程站CPU可以配置為冗余或不冗余系統，系統具有各種I/O模塊與現場各種類型過程信號相連接。
　　　　系統提供了兩種工業標準總線。過程站總線用于PROFIBUS-DP通信；I/O總線用于現場I/O數據通信，具有較高的安全性與較強數據可靠性。
　　　　DigiNetS系統總線:（Ethernet）用于過程級與操作級，通信傳輸介質可以選擇同軸電纜或光纜。
　　　　該系統配備了多個工程師站和多臺操作員站：工程師站使用工控PC機作為工程師站（也可使用便攜機作為調試設備）；系統操作員站運行在工業PC機上，全中文DigiVis軟件包基于MS WindowsNT平臺,其圖形操作接口增強了系統的使用與操作，此外，還可以提高PC機的外部設備指標如顯示器、打印機、鼠標及鍵盤等使系統操作更方便，該控制系統在一臺PC機上完成操作與監控，系統可擴展至100個操作員站和100個過程控制站。
　　具體系統構成圖見附頁
　　

　　3. 新技術的應用與發展：　　
　　　　1) 開放的現場總線技術：
　　　　雖然該項目暫時沒有用現場總線型現場儀表，為了利于用戶今后的發展，我們預留了總線硬件接口。在軟件方面ABB AC800F控制器ProfiBus模板支持DP V1標準，與純DP標準模件相比增加了對儀表的組態能力，這樣我們無須安裝各種儀表的專用組態軟件，僅導入每個儀表的設備參數文件（GSD文件），就可以實現在統一的系統編程軟件下對所有PA標準的儀表的參數編程組態的功能，該功能有效節省軟件成本，提高工程組態的效率。　　
　　　　2) 開放的控制功能：
　　　　該系統控制器采用RISC處理器芯片，程序采用任務運行方式，每個任務都可以設定運行的周期和運行優先級。所以既可以滿足復雜調節回路控制要求（一般要求控制周期較長），又可以滿足快速電氣開關量控制，從而一個控制器就可以覆蓋工廠所有環節控制要求。
　　　　編程時我們預留了大量的用戶自定義的控制功能塊，根據今后生產的需要，用戶可以自己添減功能，而IEC61131-3編程標準的應用，使用戶只要有一些基礎知識，很快熟悉該系統編程。
　　　　所以雖然該工程既有復雜的回路調節，又有較高的邏輯控制要求，我們對于每個關鍵的工藝通過配置冗余過程控制器滿足了生產的要求，達到了用戶滿意的效果，完全滿足了工藝過程的全部需要。
　　　　3) 系統全局數據庫技術：
　　　　系統全局數據庫核心技術即“分散存儲，全局管理”。系統編程軟件僅為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數據變量存儲區，但在系統編程軟件上僅為一個全局系統變量表操作員站與過程站之間的數據交換無須數據庫的轉換編程為直接存取，變量的修改與檢查也是系統全局，系統的過程站與操作員站的組態為一套軟件。整個工程自控部分的安裝調試開車只用了兩三周的時間，這是一個很重要的因素。
　　　　4) 開放的TCP/IP協議以太網技術：
　　　　在操作員站、工程師站、和過程站之間我們采用以太網的方式：AC800F控制器系統通訊模板為標準TCP/IP協議以太網模件，這樣使系統無須增加設備就可以與工廠局域網連接，由于系統支持標準OPC數據交換標準，使系統與各種第三方數據庫或軟件的數據交換將更加容易。
　　　　5) 系統易于擴展，系統軟件無資源限制，用戶今后如果需技術改造，新增加控制點、過程站，工程師站軟件無須重新購買，編程時僅在原項目文件項目樹下添加幾個資源即可，方便了用戶今后的系統擴展和長遠發展。
　　　　6) 中文界面：系統菜單，操作面板，系統字符表及系統提示信息為中文；　　　　
　　4. 工藝過程的實現與運行效果：
　　　　根據其工藝過程將流程圖畫面分為:“6、7＃焦爐系統”，“鼓風、冷凝系統”“粗苯系統”“蒸氨系統”“溶脫系統”“制冷系統”等多幅工藝流程圖畫面；在畫面中我們制作了“低水熄焦”、“導熱油自動控制”等動態顯示畫面，為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動態軟開關，水（介質）的動態流動等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據需要開關。焦爐加熱在焦化行業是一個關鍵過程，加熱工藝和熄焦時間是控制的關鍵，我們為用戶制作了焦爐串級加熱程序和低水熄焦自動控制程序，其串級加熱和低水熄焦自動控制的邏輯程序在AC800F控制器中實現，用軟件實現了串級/手動加熱的邏輯切換，同時顯示熄焦下水閥位和大小工作的時間，為用戶進一步探索最佳的焦爐加熱與熄焦方式打下了基礎。
　　　　我們為“再生器”、“蒸氨塔”、“地下放空槽”、“油放空槽”等液位和“導熱油出口溫度”、“出管式爐溫度”等溫度進行了自動調節控制,由于許多調節回路的SP值（設定值）是一個不確定的數，需根據不同時期的要求不同；在PID調節與手動/自動切換的設計上，我們設計成手動時SP跟蹤PV，自動時根據切換時的SP值調節工藝過程值，這樣當操作工手動將工藝過程值調節到適當的時候，切換到自動及可立即以這個工藝值進行調節。以利于操作人員進一步摸索提高工作效率的方法。
　　　　我們還為其制作了“耗蒸汽量”、“壓縮空氣量”、“新水消耗量”等工藝參數的累積計算，可長達50年的自動趨勢報表和每天自動日報報表，工廠可依具這些報表數據分析生產過程，優化生產過程，不斷提高勞動生產率。在軟件的設計上，操作畫面上我們考慮了多種快捷方式，利于用戶快捷查詢所需要的信息。
　　　　當操作員站、工程師站關閉一臺或全部關閉，只要過程站不停，系統不會停機；而過程站采用雙機熱備份的冗余方式，系統接線端子均采用進口端子，降低故障率，所以整個系統安全性很高。