1、背景分析

　　

　　鹽業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)體系中特殊而又重要的行業(yè), 其產(chǎn)品既是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料, 被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)及牧業(yè)。又是人民生活必不可少的營養(yǎng)素。

　　

　　在我國, 鹽的生產(chǎn)已有五六千年的悠久歷史。新中國成立之后, 我國的鹽業(yè)獲得飛速發(fā)展, 井礦鹽生產(chǎn)裝置的現(xiàn)代化、大型化、鹽產(chǎn)品品種多樣化及鹽業(yè)資源綜合利用等制鹽生產(chǎn)技術(shù)取得了長足的進(jìn)步, 使得我國鹽業(yè)跨入了一個嶄新的階段。

　　

　　全國2005 年鹽的總產(chǎn)量為4850 萬噸, 制鹽生產(chǎn)能力達(dá)到5500 萬噸。2006 年的全國鹽業(yè)工作會議強(qiáng)調(diào)要始終以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)工業(yè)發(fā)展, 促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)。并通過制定行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展規(guī)劃, 把走新興工業(yè)化道路和科學(xué)發(fā)展觀具體化。在“十五”期間, 還要淘汰、關(guān)閉行業(yè)中產(chǎn)能落后的大量企業(yè), 提高行業(yè)的自動化水平已成為當(dāng)務(wù)之急。

　　

　　2、自動化系統(tǒng)設(shè)計

　　

　　2.1、現(xiàn)場儀表選型

　　

　　真空制鹽工藝需要進(jìn)行溫度、壓力、流量、液位的信號檢測和閥門的自/ 手動控制。

　　

　　溫度儀表: 選用E 分度熱電偶或Pt100 熱電阻

　　

　　壓力儀表: 壓力變送器和壓力表

　　

　　流量儀表: 孔板流量計和電磁流量計

　　

　　液位儀表: 靜壓法蘭液位變送器和磁翻柱液位計

　　

　　閥門控制: 電動/ 氣動執(zhí)行器

　　

　　2.2、控制系統(tǒng)概述

　　

　　2.2.1、控制系統(tǒng)構(gòu)架

　　

　　控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、過程控制站、IO 站和通訊網(wǎng)絡(luò)組成。雖然國內(nèi)外各廠家的產(chǎn)品眾多, 對于硬件部分稱謂略有不同, 但整個構(gòu)架卻基本一致。因而, 通過下面的介紹, 便于我們了解整個控制系統(tǒng)的構(gòu)架、設(shè)計思路以及軟硬件實現(xiàn)的各種功能。

　　

　　(1) 工程師站

　　

　　由高性能計算機(jī)組成, 接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后, 實現(xiàn)過程控制站控制策略的組態(tài)設(shè)計、控制站硬件狀態(tài)的監(jiān)測、控制程序的下載、在線監(jiān)測、參數(shù)修改等功能,適用于系統(tǒng)開發(fā)/維護(hù)人員使用。通過安裝人機(jī)界面軟件后, 可兼作操作員站使用。

　　

　　(2) 操作員站

　　

　　由高性能計算機(jī)組成, 接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后, 是現(xiàn)場操作人員實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控的操作平臺, 顯示美觀的各種工藝流程畫面、系統(tǒng)控制功能畫面、現(xiàn)場檢測參數(shù)畫面等, 實現(xiàn)數(shù)據(jù)報警、存貯、查詢和管理, 提供報表打印等功能。

　　

　　(3) 現(xiàn)場控制站

　　

　　由控制器電源、控制器、通訊模件組成, 是整個控制系統(tǒng)的核心部分。控制策略由現(xiàn)場控制站具體實現(xiàn), 是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算和處理中心。

　　

　　(4) IO 站

　　

　　由IO 站電源、通訊模件、信號輸入/輸出模件等組成(分為: AI/AO2模擬量輸入/輸出, DI/DO2開關(guān)量輸入/輸出, RTD/TC2熱電阻/熱電偶輸入等) 。外部輸入信號經(jīng)過IO 站調(diào)理后提供給現(xiàn)場控制站處理, 并接受現(xiàn)場控制站的命令, 把控制信號輸出到現(xiàn)場調(diào)節(jié)儀表。

　　

　　(5) 通訊網(wǎng)絡(luò)

　　

　　由兩級通訊總線組成, 第一級為工程師站/ 操作員站與現(xiàn)場控制站通訊, 第二級為現(xiàn)場控制站與IO站通訊。

　　

　　不同廠家雖然結(jié)構(gòu)一致, 但通訊協(xié)議可能略為不同。第一級一般使用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò), 使用現(xiàn)今通用、開放的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 便于不同廠家產(chǎn)品之間的通訊。第二級使用國際標(biāo)準(zhǔn)的Profibus、Modbus、Can 等總線或廠家專用通訊總線。

　　

　　2.3、系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

　　

　　以某鹽廠30 萬噸/ 年真空制氧DCS 控制系統(tǒng)為例, 使用美國GE 公司的90 - 30 控制系統(tǒng)來敘述系統(tǒng)的組成配置方法, 可靠性、可擴(kuò)展性的設(shè)計實現(xiàn),完成的系統(tǒng)功能等。

　　

　　2.3.1、VersaMax IO 站配置

　　

　　統(tǒng)計設(shè)計時AI、AO、DI、DO、TC、RTD 的IO 點數(shù), z*好為每種類型的IO 增加10 %到15 %的富裕量。

　　

　　用配置的IO 點數(shù)除以每塊IO 模件的通道數(shù),就可以得到需要配置的各種IO 模件的塊數(shù)。GE 公司的每個Ver saMax IO 站可配8 塊IO 模件, 然后給每個IO 站配置上相應(yīng)的NIU 通迅模件和電源模塊, 就完成IO 站的配置。每個IO 站的第二級Genius 通訊總線可冗余配置。

　　

　　2.3.2、90 - 30 系統(tǒng)現(xiàn)場控制站配置

　　

　　90 - 30 系統(tǒng)現(xiàn)場控制站需要配置控制器、電源模件、以太網(wǎng)通訊模件、Genius 總線通訊模件, 才能正常工作。

　　

　　可配置兩套現(xiàn)場控制站, 用作冗余控制站, 兩級通訊總線可在控制站中配置雙通訊模件實現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)冗余。

　　

　　2.3.3、工程師站/ 操作員站配置

　　

　　依據(jù)現(xiàn)場操作方便和系統(tǒng)規(guī)模, 可靈活配置一臺工程師站, 兩臺或更多的操作員站, 其中工程師站可兼作操作員站。

　　

　　工程師/ 操作員站可使用美國Dell 高性能計算機(jī), 安裝工程師站/ 操作員站相應(yīng)軟件。可配置雙網(wǎng)卡實現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)冗余通訊。

　　

　　2.3.4、軟件系統(tǒng)

　　

　　整個控制系統(tǒng)的需要使用的軟件分為: Window2000/ XP 操作系統(tǒng)軟件; Max2ON 控制站冗余配置軟件; Cimplicity Me 控制站策略組態(tài)軟件; Fame2view 操作員站人機(jī)界面軟件。根據(jù)計算機(jī)的數(shù)量需配置不同套數(shù)的軟件。

　　

　　開發(fā)人員使用策略組態(tài)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的控制算法, 調(diào)試下載完成后, 設(shè)計不修改就勿須改動?，F(xiàn)場操作人員只需掌握直觀的人機(jī)界面軟件操作就可控制生產(chǎn)。

　　

　　2.3.5、冗余配置

　　

　　上文多次提及冗余這個概念, 就是使用加備用的意思。在兩路冗余的情況下, 一路正在使用, 另一路處于備用狀態(tài), 備用檢測使用的狀態(tài), 在使用那路出現(xiàn)故障的情況下, 系統(tǒng)能夠自動切換到備用線路, 不影響系統(tǒng)正常工作, 提高了系統(tǒng)的可靠性。同時結(jié)合90 - 30 系統(tǒng)的帶電拔插模件功能, 更增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

　　

　　在本系統(tǒng)中, 我們實現(xiàn)了電源、控制器、兩級通訊總線的冗余設(shè)計, 在這幾個關(guān)鍵點的故障發(fā)生都不會影響系統(tǒng)的正常工作, 保障了制鹽生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

　　

　　2.3.6、系統(tǒng)功能介紹

　　

　　a. 畫面顯示

　　

　　◆系統(tǒng)標(biāo)題畫面2初始畫面

　　

　　◆工藝流程畫面2顯示蒸發(fā)、干燥等動態(tài)工藝流程圖

　　

　　◆檢測參數(shù)畫面2匯總顯示所有檢測點參數(shù)趨勢記錄畫面2顯示監(jiān)測點的時間數(shù)據(jù)曲線控制回路畫面2顯示模擬量控制和順序控制的回路畫面

　　

　　◆報警畫面2顯示監(jiān)測點的即時和歷史報警記錄

　　

　　◆工藝報表畫面2顯示班報表數(shù)據(jù)

　　

　　b. 報警功能

　　

　　對監(jiān)測點設(shè)置報警的高/ 高高/ 低/ 低低限值, 超限后, 系統(tǒng)自動記錄數(shù)據(jù)、監(jiān)測點閃爍并語音報警。

　　

　　c. 控制功能

　　

　　◆模擬量控制2 Ⅰ效至Ⅴ效蒸發(fā)室、閃發(fā)桶、冷凝水平衡桶液位、蒸汽減溫減壓控制連續(xù)自/ 手動控制

　　

　　◆順序控制2 Ⅰ效至Ⅴ效排鹽、沖洗自/ 手動控制

　　

　　d. 參數(shù)設(shè)置

　　

　　◆在線設(shè)置控制回路的自/ 手動狀態(tài)

　　

　　◆在線設(shè)置PID 回路參數(shù)

　　

　　◆在線設(shè)置排鹽、沖洗自動控制的開、關(guān)時間

　　

　　◆在線設(shè)置報警點限值

　　

　　e. 報表打印

　　

　　定時或即時打印班報表、屏幕畫面和參數(shù)表

　　

　　f . 數(shù)據(jù)處理

　　

　　◆檢測參數(shù)存貯

　　

　　◆歷史數(shù)據(jù)查詢

　　

　　◆流量積算

　　

　　g. 安全管理

　　

　　設(shè)置分級密碼, 不同權(quán)限用戶享受不同等級的系統(tǒng)操作控制權(quán)限, 防止誤動作。通過用戶等錄的操作記錄, 可進(jìn)行事故追蹤。

　　

　　3、結(jié)束語

　　

　　本文的設(shè)計方法在江西鹽礦有限責(zé)任公司、重慶合川鹽化有限責(zé)任公司、山東岱岳制鹽有限責(zé)任公司等真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)工藝中得到了成功的應(yīng)用。望自動化行業(yè)和制鹽行業(yè)的各位同仁不吝寶貴意見, 共同探討, 全面提高行業(yè)核心競爭力, 促進(jìn)制鹽工業(yè)的發(fā)展, 以更好地滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的需要。