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用PC和PLC實(shí)現集散控制

作者: 時(shí)間:2016-12-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

0.引言

隨著(zhù)化工自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展,集散控制的思想越來(lái)越廣泛地被廣大自動(dòng)化工程技術(shù)人員所青睞,并正在逐漸被應用于新建、擴建和技改項目中。但傳統的集散控制系統一般由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn),具有一定的專(zhuān)有性;另外傳統的集散控制系統一般來(lái)講其控制規模比較大,成本費用比較高;因此限制了在中小規模的自控系統項目中的推廣應用。那么如何在中小規??刂葡到y中實(shí)現集散控制的思想呢?帶著(zhù)這一問(wèn)題,筆者在閱讀了大量技術(shù)資料的基礎上對現有DCS和PLC的控制系統進(jìn)行了總結對比,提出了在中小規?;ろ椖恐杏肞C +PLC構成DCS的思想,并在貴州宏福實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬(wàn)噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的液氨儲運工段成功地得到了應用。

1.用PC和PLC實(shí)現集散控制(DCS)的基本原理

集散控制的基本思想是集中管理,分散控制。即:將流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程與操作管理人員對自動(dòng)控制過(guò)程的管理過(guò)程相對分離;流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程由各控制站相對獨立地自動(dòng)完成,而操作人員對自動(dòng)控制過(guò)程的管理則由中央控制室的操作站來(lái)完成。中央操作站與各現場(chǎng)控制站一方面各自相對獨立地運行,從而將各種故障限制在局部范圍內,極大地提高了自動(dòng)控制系統總體的安全性和可靠性;另一方面又相互進(jìn)行實(shí)時(shí)數據通訊和信息交換,實(shí)現了操作人員在中央控制室的操作站對整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程進(jìn)行管理和調整。

現場(chǎng)控制站的主要任務(wù)是實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制,因此它必需要能夠自動(dòng)采集全廠(chǎng)的各種工藝參數(如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分,物位高度等)以及設備的運行狀態(tài)(如閥門(mén)的開(kāi)度、機泵的開(kāi)停、設備震動(dòng)、機械位移)等生產(chǎn)信息,然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數值計算,最后輸出4~20mA標準模擬信號(或ON/OFF數字信號)去驅動(dòng)各種閥門(mén)、電機等執行機構,調節各種工藝參數,實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制;另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用,同時(shí)接收操作人員通過(guò)操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。因此它還需要具有標準化的通訊接口。目前的各種PLC均具有這樣的功能,而且其容量彈性大,擴充方便,控制方案的組態(tài)簡(jiǎn)單易學(xué),性能價(jià)格比優(yōu)越,因此是中小型DCS的操作站的理想選擇。

中央控制室的操作站實(shí)際上是一個(gè)人機界面,一方面把控制站采集的各種生產(chǎn)信息進(jìn)行加工處理,然后以操作人員所習慣和熟悉的各種流程畫(huà)面、生產(chǎn)報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令進(jìn)行編碼后傳送給操作站對控制方案進(jìn)行調整,以?xún)?yōu)化生產(chǎn)過(guò)程或對特殊情況的緊急處理。對中小型DCS來(lái)講,目前市面上比較流行的各種監控軟件均能實(shí)現這樣的功能,且對計算機的硬件和操作系統無(wú)特別要求,用普通的PC機加一套監控軟件就可實(shí)現。

用PC機+PLC組成集散控制系統時(shí),PLC承擔了現場(chǎng)控制站的工作,PC機承擔了操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統軟件的PC機上可以離線(xiàn)(或在線(xiàn))編輯PLC的控制應用軟件(一般稱(chēng)為梯形圖),控制應用軟件下載到PLC后,PLC獨立完成現場(chǎng)數據采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過(guò)“實(shí)時(shí)監控軟件”+“PC機”來(lái)實(shí)現,在安裝有實(shí)時(shí)監控軟件的PC機上可以方便對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監控。

2.用PC和PLC實(shí)現集散控制(DCS)一例

2.1.工藝過(guò)程簡(jiǎn)介:

液氨儲運工段是貴州宏福實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬(wàn)噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的重要組成部份,設計卸氨能力250噸/小時(shí),罐區緩沖能力9000噸。氨在常溫常壓下為氣體,易燃、易爆、有毒、有害;液氨儲運工段是總公司的高危區之一,安全生產(chǎn)是本自動(dòng)控制系統應考慮的重點(diǎn)。

2.2.控制系統概況:

為提高生產(chǎn)的安全性,在本控制系統中對重要的工藝參數點(diǎn)采取了“3取2表決”的策略,并設計了21個(gè)自動(dòng)連鎖回路,對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行連鎖保護;為保證生產(chǎn)過(guò)程的平穩運行和節能降耗,系統設計了6個(gè)調節回路。為便于監控和操作,在操作站設計了一幅流程畫(huà)面總貌圖,集中顯示了與安全生產(chǎn)密切相關(guān)的一批工藝參數、設備運行狀況態(tài)和報警信息;對其它化工單元操作過(guò)程設計了相關(guān)的局域流程畫(huà)面,全面地顯示了與其相關(guān)的各種詳細生產(chǎn)信息;根據操作人員的習慣,在操作站設計了4組組畫(huà)面,分別集中顯示溫度、壓力、流量和液位信號;對6個(gè)調節回路分別設計了調節畫(huà)面,實(shí)現對PID參數的整定、手自動(dòng)模式的切換以及對調節閥門(mén)的手動(dòng)操作;對21個(gè)主要閥門(mén)分別設計了彈出式開(kāi)關(guān)畫(huà)面,實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自控或遙控;對主要工藝參數設計了歷史趨勢圖,為故障診斷和優(yōu)化控制提供了數據。為確保安全生產(chǎn),實(shí)現對緊急事故的應急處理,對6個(gè)調節器回路加裝外部自動(dòng)跟蹤調節器,一旦出現控制系統故障,自動(dòng)切換到跟蹤調節器獨立于DCS來(lái)控制調節閥;對21個(gè)主要閥門(mén)加裝應急處理按鈕,獨立于DCS實(shí)現對閥門(mén)的強制開(kāi)關(guān)。

2.3.硬件配置:

控制站選用OMRON的C200型PLC,配置了數字模塊(OD211/ ID212)9塊,模擬模塊(AD003)4塊,調節模塊(PID03)3塊;操作站選用DELL OPTIPLEX GX150計算機;工程師站選用COMPA型PC機。構成圖如下:


圖1 硬件配置

2.4.控制站軟件組態(tài):

控制站的組態(tài)用OMRON的系統軟件SSS作為技術(shù)平臺,用梯形圖作為編程工具,其組態(tài)內容主要有:

2.4.1.PLC內部地址的分配:

I/O地址的分配:PLC的I/O地址是PLC與現場(chǎng)檢測設備、執行機構進(jìn)行數據通信的唯一的一一對應的寄存器地址,I/O地址的分配是對PLC進(jìn)行進(jìn)一步組態(tài)的基礎;對OMRON-C200而言,I/O地址與所連接的I/O模塊有關(guān);連接到數字模塊上的現場(chǎng)設備,其I/O地址取決于I/O模塊的安裝位置和在該模塊上的點(diǎn)號,連接到模擬模塊、PID模塊上的現場(chǎng)設備,其I/O地址取決于I/O模塊的單元號(不同的模塊應通過(guò)模塊的硬開(kāi)關(guān)設置不同的單元號)和在該模塊上的點(diǎn)號;比如在本系統配置中,現場(chǎng)的雷達液位變送器LT-101輸出的4~20mA的模擬信號連接在單元號為3的模擬輸入模塊AD003的第二點(diǎn)上,則它在PLC中的配置的地址便是IR:132;而閥門(mén)HV120的關(guān)閉狀態(tài)信號(closed)連接到安裝在的擴展機架第二槽的數字輸入模塊ID212的第十點(diǎn)上,則它在PLC中的配置的地址便是IR:01210;本系統中,共定義I/O地址142點(diǎn)。


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關(guān)鍵詞: PLC集散控制SCADA系統PCDC

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