CS3000DCS控制系统在PTA装置的应用

作者: admin 分类: 房产 发布时间: 2019-05-23 09:58

  随着计算机技术的不断发展 ,DCS 控制技术得到了飞速的发展和完善。其控制策略涵盖了传统 PID 控制、逻辑控制、顺序控制等各种控制策略 ;同时使用 PC 机为基础的人机接口 ,使 DCS 的工程组态得到了简化 ,提高了工程组态效率。在辽化 80 万 t PTA 改扩建项目中采用横河公司的 CENTUM CS3000 系列 DCS 系统 ,完成对装置生产过程的控制 ,为装置的平稳运行奠定了基础。

  CENTUM-CS3000系统是日本横河公司推出的基于WINDOWS-XP的大型DCS系统。该机型继承了以往横河系统的优点 ,并增强了网络及信息处理功能。操作站采用通用PC机,控制站采用全冗余热备份结构,使其性能价格比最优,是目前世界上最先进的大型DCS系统之一。

  特点

  ① 监控点可以由多个HIS(Human Interface StaTIon)同时操作,每个HIS也可以同时操作多个监控点(可以是不同岗位的多个监控点)。

  ② CS3000系统的处理能力非常强大,它可以处理100,000tags(工位号)、4,000幅画面(包括各种监控画面),每幅画面上可显示多达400个数据。

  ③ 人机界面比较好。选用Windows NT作为操作系统,采用XWindows(多画面)技术,类似一般的PC机。可根据工艺的要求,实现各种友好的控制监测画面。比如它可以用棒图动态显示液/界位的变化;采用颜色、闪烁、声音等手段提醒操作人员发生过程报警及高低级别;单点操作采用Faceplate(面板)类似于常规仪表的柱状液晶显示,监视及操作较直观。

  ④ CS3000系统具有强大的数据处理能力,足以完成一般生产所需的数据运算、统计要求,并能对生产数据实时打印输出。

  ⑤正常生产中可按需求在线修改组态,更好地服务于生产。

  ⑥易于与信息系统(ERP、MES)相结合在Windows 2000、Windows XP的优异网络功能上,安装上OPC上位接口,就可以很 方便地从上位对过程进行访问,从而实现经营级别的整体优化。另外,不仅与安 装OPC的PC连接可以连接,而且也具有与原来以UNIX为首的上位计算机连接功能。

  ⑦与FA系统的连接性 在生产设备中,以生产后的包装、库存管理为首,需要与FA方面的系统特别是以PLC(Programmable Logic Controller)为主的子系统进行同步CENTUM CS 3000具备与子系统连接用的丰富多样的软件包。能够实现包含子系统 在内的优化。

  1 总体设计

  PTA 即精对苯二甲酸 ,是以对二甲苯为原料、以醋酸为溶剂装置经过氧化反应 ,再经过加氢精致得来的。因此该装置划分为氧化、精致、辅助 3 个单元。DCS 就是要对该装置的正常操作、开车、停车进行控制。控制功能由控制站( FCS) 完成 ,主要包括指示回路、常规 PID 控制、联锁、顺序控制等 , 另外 , 由于PTA 生产工艺非常复杂 ,因此还包括大量的复杂控制方案。操作站( HIS) 作为人机接口完成下列功能 ,指示被控制和非控制变量;操作控制回路 ,包括设定点、操作方式及输出信号; 记录实时趋势和历史趋势 ;报警信号与显示 ;系统状态及诊断报告 ;报警累计 ;工艺动态图形显示;给操作员的信息;报告显示。

  为完成上述对 PTA 装置的控制和操作 ,氧化单元设置控制站( FCS) 2 套、操作站 ( HIS) 3 台 ,精致单元设置控制站 ( FCS) 1套、操作站( HIS) 3 台 ,辅助单元设置控制站 ( FCS) 1 套、操作站( HIS) 2 台 ,工程师站 1 台。系统结构简图如图 1 所示。

  硬件设计

  网络结构

  由系统配置简图可以看到 CENTUM CS 3000 网络应用有 V - net 网、Ethernet 网、ESB 总线、ER 总线。

  V - net 网是用于连接系统组件(如控制站和操作站等) 的实时控制网。每个域 ,既每条 V - net 网最多可以连接 64 个站 ,通讯方式为读/ 写通讯、信息通讯、link 传递 ,访问控制为令牌传递 ;传递通路为冗余型总线 ,传输速率为 10 MB/ s ,通讯电缆可选用同轴电缆和光缆 ,系统采用同轴电缆。

  Ethernet 网是系统内部操作站 ( HIS) 之间信息相互连接网络 ,最多可以连接 16 个操作站( HIS) ,符合 IEEE 802. 3 标准。

  ESB 总线(增强型串口背板总线) 为冗余的输入/ 输出通讯总线 ,用于连接本地控制站 ( FCS) I/ O 卡到节点以及控制单元( FCU) ,传输速率为 128 MB/ s.

 CS3000DCS控制系统在PTA装置的应用

  ER 总线(增强型远程总线) 为冗余的输入/ 输出通讯总线 ,用于将远程节点连接到 ESB.

  总线上本地节点的接口卡 ,传输速率为 10 MB/ s. 由于系统与 MCC(马达控制中心) 之间有大量的信号传递 ,因此为减少电缆敷设 ,在 MCC 设置远程节点 ,再通过 ER 总线传送到控制室。

  控制站( FCS) 结构

  根据各工艺单元的输入/ 输出点数以及控制方案的复杂程度 ,氧化单元设置控制站 ( FCS0101 、FCS0102) 2 套、精致单元设置控制站( FCS0103) 1 套、辅助单元设置控制站( FCS0104) 1 套。各控制站所控制的点数虽不同 ,控制方案也不尽相同 ,但控制站的基本结构和原则是相同的 , 主要构成有现场控制单元( FCU) 、节点(NODE) 及各级总线。

  现场控制单元( FCU)

  采用先进的 AFG40D 单元 ,使用 VR5432 (133 MHz) 处理器 ,主内存 32 MB ,72 h 电池备用 ,双冗余 V - net 通讯接口卡 ,双冗余的 ESB bus 接口卡。

  节点(NODE)

  节点(NODE) 由节点接口单元和输入/ 输出单元组成。节点接口单元是节点与现场控制单元之间的通讯接口。输入/ 输出单元即 I/ O 卡 ,负责采集现场测量信号/ 执行控制器输出到现场执行元件。FCS0101 配置本地节点 6 个; FCS0102 配置本地节点6 个 ,远程节点2 个;FCS0103 配置本地节点 8 个 ,远程节点2 个;FCS0104 配置本地节点 7 个 ,远程节点 1 个。I/ O 卡主要类型如下 :

  AAI143 电流输入模件(4~20mA ,16 通道) ;

  AAI543 电流输出模件(4~20mA ,16 通道) ;

  ALR121 RS - 422/ 485 通讯模件 ;

  ADV151 数字输入模件 ;

  ADV551 数字输出模件 ;

  ADR541 继电器输出模件。

  操作站/ 工程师站结构

  操作站是 DCS 控制系统的人机接口界面 ,完成监视、操作、记录等功能。工程师站完成对系统的组态。操作站与工程师站从硬件上看没有什么区别 ,只是完成不同功能的软件包不同 ,因此对操作站与工程师站一起讨论 ,也可以统称它们为操作站。CENTUM CS3000 R3 操作站的特点是使用通用 PC 机作为操作站的硬件基础 ,以 WINDOWS 作为软件平台。

  从理论上讲 ,任何一台性能可靠的 PC 机都可以作为 CEN2TUM CS3000 R3 的操作站 ,横河公司采用 DELL 公司的 PC 机作为操作站。操作站使用 VF - 701 通讯接口卡 ,使 PC 机能够连接到 V - NET 网络上。该卡具有冗余的通讯接口 ,插在 PC 机的PCI 槽上。操作员键盘采用横河专用的 USB 接口操作员键盘。其他硬件配置与通用 PC 机相同。

  目前横河 DCS 的操作组态软件平台采用 WINDOWS XP -SP2 。

  这种软硬件配置使操作站成本大大降低 , 硬件通用性加强 ,界面友好 ,便于操作 ,降低工程组态和运行维护成本 ,提高工作效率。

  软件组态

  CS3000 组态主要包括系统 COMMON 组态 ,操作站( HIS) 组态 ,流程图组态 ,控制站( FCS) 组态等。

  系统 COMMON 组态、操作站( HIS) 组态及流程图组态

  系统 COMMON 组态主要包括系统构成组态 ,系统常数组态 ,工程单位组态 ,报警表组态 , 报警优先级组态等。操作站( HIS) 组态包括操作站构成 ,操作组分群 ,连接传输 ,趋势记录 ,画面名 ,窗口名等。流程图组态即带控制点的流程图组态。通过这部分组态 ,使操作站( HIS) 具备了人机接口的功能 ,使操作人员能够通过操作站( HIS) 操作生产装置。氧化反应器进料流程图如图 2 所示。

  CS3000DCS控制系统在PTA装置的应用

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