基于泓格嵌入式控制器的IS8000甲醇控制系統(tǒng)

摘要：本文介紹了IS8000甲醇控制系統(tǒng)的組成、所用各種模塊的性能、特點(diǎn)，所用上位、下位軟件的組態(tài)、操作，并介紹了IS8000甲醇控制系統(tǒng)在息縣化肥廠的成功應(yīng)用所帶來(lái)的節(jié)能降耗的明顯效果。 河南息縣化肥廠是一家有著30多年歷史的氮肥企業(yè)，合成氨年生產(chǎn)能力8萬(wàn)多噸，尿素12萬(wàn)多噸，碳銨4萬(wàn)多噸。2004年初為了進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、挖潛降耗，投資1500萬(wàn)元開工興建了5萬(wàn)噸聯(lián)醇項(xiàng)目, 我們?cè)诳疾於嗉壹状忌a(chǎn)廠家后，對(duì)比多種DCS控制系統(tǒng)，借鑒當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，考慮技術(shù)的先進(jìn)超前性和高可靠性、穩(wěn)定性、高性價(jià)比，最后通過(guò)招標(biāo)最終選擇北京思創(chuàng)公司的IS8000甲醇控制系統(tǒng)。2004年12月建成投產(chǎn)，一次開車成功。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月以來(lái)的運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便、安全可靠,深受廣大生產(chǎn)及操作、技術(shù)人員的歡迎與好評(píng)。 一 、IS8000甲醇控制系統(tǒng)的構(gòu)成 IS8000甲醇控制系統(tǒng)由通訊網(wǎng)絡(luò)、操作站及控制站構(gòu)成。其中控制站包括兩個(gè)I8837控制器和兩個(gè)87K8兩個(gè)擴(kuò)展單元，兩個(gè)控制器一主一從互為冗余，兩個(gè)擴(kuò)展單元插有十個(gè)模塊，提供全部的數(shù)據(jù)采集及PID控制功能。 操作站由二臺(tái)工業(yè)控制機(jī)組成，其操作功能相同，互為冗余，用于過(guò)程監(jiān)測(cè)控制 (一) 具體硬件配制如下： －DELL Dimension系列 －奔騰4處理器2.8GHz －256M DDR內(nèi)存,80G高速硬盤 －操作系統(tǒng)為Windows 2000中文版 －16XDVD光驅(qū), －10M/100M以太網(wǎng)卡 －22英寸1600X1200高分辨率的DELL顯示器 －帶鼠標(biāo)鍵盤及工業(yè)鍵盤 IS8000甲醇控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)是以10M/100M以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的的局域網(wǎng)（LAN）。系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)（操作站及控制器）均通過(guò)超五類屏蔽雙絞線直接連接到8口10M/100M 集線器（HUB）上。簡(jiǎn)單靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可支持就地和遠(yuǎn)程操作站及控制設(shè)備。最多可以同時(shí)帶6臺(tái)操作站。 (二) 軟件配置 (1) 控制站組態(tài)軟件ISAGRAF是一種功能強(qiáng)大而又十分直觀的圖形化組態(tài)軟件，用戶可采用FBD(功能塊圖)、LD（梯形圖）、ST（結(jié)構(gòu)化文本）、SFC（順控圖）FC（流程圖）、IL（指令表）六種符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程和組態(tài)方式；能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的連續(xù)和邏輯控制方案，通過(guò)組態(tài)能實(shí)現(xiàn)故障診斷、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制、仿真模擬等各種功能。基于WINDOWS2000界面，簡(jiǎn)單易學(xué)，也很直觀。 (2) 監(jiān)控軟件采用澳大利亞希雅特公司的Citect5.4,性能卓越。該軟件離線組態(tài)及實(shí)時(shí)運(yùn)行均基于WINDOWS2000平臺(tái),用戶界面十分友好，3D顯示效果，使用得心應(yīng)手，用于完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、設(shè)備操作、報(bào)警趨勢(shì)記錄、報(bào)表管理及打印功能。還可以與其它WINDOWS軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化等，并且可以與其它管理級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成全廠調(diào)度系統(tǒng)。 二、IS8000甲醇控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1） 分散性：IS8000甲醇控制系統(tǒng)采用臺(tái)灣漲格公司生產(chǎn)的I8837控制器作控制核心，87K8擴(kuò)展單元帶I-8000系列的I/O模塊，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)安裝方便，可根據(jù)需要將控制站的控制器及其I/O分開安裝在不同的地方。從而實(shí)現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)采集與控制的真正意義上的分散，如配用I-7000系列的模塊可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)距離1200米的I/O數(shù)據(jù)采集控制；通過(guò)使用屏蔽雙絞線通訊而且還能實(shí)現(xiàn)低價(jià)格的控制站、操作站在地域上分散，真正實(shí)現(xiàn)DCS本來(lái)要求的全分散功能。其控制示意圖如下：  （2）簡(jiǎn)易性： IS8000甲醇控制系統(tǒng)硬件種類少，配置簡(jiǎn)單靈活，容易實(shí)施。操作員站的高性能軟件組符合Microsoft標(biāo)準(zhǔn)。Microsoft的特性如窗口、圖形、拖放、剪切和粘貼等使系統(tǒng)的組態(tài)工作更容易，使您能夠?qū)⒕杏诳刂撇呗缘脑O(shè)計(jì)而不是過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)過(guò)程和組態(tài)方法。 （3） 冗余性：IS8000甲醇控制系統(tǒng)從控制站、操作站以及通訊真正做到全方位的冗余，控制站設(shè)用兩個(gè)I8837控制器一主一從，正常時(shí)間主控制器工作，一旦主控制器出現(xiàn)故障時(shí)，從控制器可以在兩秒內(nèi)迅速啟動(dòng)來(lái)接替主控制器工作從而避免了傳統(tǒng)DCS因?yàn)榭刂破魇ъ`從而導(dǎo)致停車事故；操作站配用兩臺(tái)戴爾工控機(jī)，裝有相同的操作軟件都能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的I/O過(guò)程控制以及組態(tài)編程；通訊的冗余，通過(guò)兩臺(tái)控制器設(shè)有兩條相同的以太網(wǎng)線接入集線器HUB，并且兩臺(tái)控制器也用一條RS485通訊線相連接，從而保證了通訊的可靠性； （4） 通用性：IS8000甲醇控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全符合國(guó)際電工委員會(huì)IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，能接受多種信號(hào)，目前的4-20mA信號(hào)、0-20mA信號(hào)、0-10V信號(hào)、-10V－+10V信號(hào)、-5V－+5V信號(hào)、0-5V信號(hào)、PT100鉑電阻信號(hào)、Ni120電阻信號(hào)、PT1000鉑電阻信號(hào)、Ni1200電阻信號(hào)、熱電偶的各種信號(hào)（E型、K型、J型、S型）、各類開關(guān)量信號(hào); （5）開放性：上位軟件Citect不僅可與I8837控制器通訊，也能與其它PLC、DCS通訊，而且可與其它信息管理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。IS8000甲醇控制系統(tǒng)的開放性為與其它系統(tǒng)（如生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等）集成為一體提供了可靠保證。 （6） 可維護(hù)性：系統(tǒng)硬件種類少且系統(tǒng)硬、軟件均為模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)、調(diào)試、修改策略均十分方便。I/O模塊均有4通道、8通道、16通道、32通道等多種配置，方便用戶選擇，根據(jù)規(guī)?？蛇x大選小；系統(tǒng)對(duì)電源的要求比較寬，10-30 DC均可工作，無(wú)需關(guān)斷電源。 （7）友好性：系統(tǒng)運(yùn)行界面友好，中文顯示，3D動(dòng)畫效果，操作輕松自如。 （8）高穩(wěn)定性： 系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，加上調(diào)試熱運(yùn)行已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)多月無(wú)故障。 三、IS8000甲醇控制系統(tǒng)功能 (1) 控制功能 該系統(tǒng)具有連續(xù)控制功能、批量控制功能、順序控制功能、可編程控制和監(jiān)督控制等復(fù)雜的控制方法,它能實(shí)現(xiàn)常規(guī)PID控制、串級(jí)控制、前饋制,還可以實(shí)現(xiàn)給定值和輸出跟蹤、線性化、過(guò)程報(bào)警、數(shù)學(xué)運(yùn)算、累積運(yùn)算、無(wú)擾動(dòng)切換等。 (2) 監(jiān)控及管理功能 該系統(tǒng)除具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、流程圖顯示操作、過(guò)程報(bào)警、歷史及實(shí)時(shí)趨勢(shì)記錄與顯示、儀表圖顯示與操作、報(bào)表打印等功能外,還提供了與其他WINDOWS軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化等接口能力,并且可以與其他管理級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成全廠調(diào)度系統(tǒng)。 四、IS8000甲醇控制系統(tǒng)使用效果 我廠甲醇裝置自從2004年12月投運(yùn)以來(lái), IS8000甲醇控制系統(tǒng)以其穩(wěn)定高效的特性深受廣大生產(chǎn)及操作、技術(shù)人員的歡迎與好評(píng)。 (1) 該系統(tǒng)功能先進(jìn),自動(dòng)化程度高 和兄弟廠家相比,該系統(tǒng)的投運(yùn)使我廠甲醇的裝置水平達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平,它實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力、液位等的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。 (2) 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠 該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái),一直運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠,因?yàn)槠鋸目刂普?、操作站以及通訊真正做到全方位的冗?所以為系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行提供了保障。 (3) 該系統(tǒng)的投運(yùn)為甲醇的穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供了重要保證 系統(tǒng)投運(yùn)后,不僅降低了整個(gè)合成氨系統(tǒng)的壓力，也減輕了變換、精煉工段的負(fù)荷，由于目前前工段氣量不足，現(xiàn)日產(chǎn)基本上穩(wěn)定在70噸左右,并達(dá)到兩氨平衡,而且粗醇濃度最高可以達(dá)到95%以上。 (4) 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)效率 由于實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)控制與監(jiān)視,大大減輕了崗位操作量,操作工再不需要頻繁地到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥門,只需坐在操作室,輕輕地拖動(dòng)鼠標(biāo)即可完成全過(guò)程的操作與監(jiān)視。每班只需正副兩位操作工即可。 五、經(jīng)濟(jì)效益分析 (1) IS8000甲醇控制系統(tǒng)的投運(yùn),省去了所有二次儀表,維修量極小,每年可節(jié)約維修費(fèi)用數(shù)十萬(wàn)元。 (2) 該系統(tǒng)的投運(yùn),使整個(gè)合成氨系統(tǒng)工藝指標(biāo)得了優(yōu)化,提高了工藝指標(biāo)的合格率以及車間的管理水平,減少了事故的發(fā)生,保證了甲醇裝置長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、安全穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，因此也達(dá)到了保護(hù)甲醇觸媒的目的。通過(guò)近期來(lái)看，該系統(tǒng)投運(yùn)后，精煉、合成系統(tǒng)壓力下降了2Mpa多，降低了壓縮機(jī)的負(fù)荷，節(jié)約了電耗；由于提高了變換工段后CO指標(biāo)，也改善了變換工段的操作條件，減少了正面蒸汽的添加量,噸氨較以前節(jié)約了蒸汽200Kg左右；提高了氫氮?dú)獾膬艋|(zhì)量，目前出甲醇后CO百分含量為0.02%降低了精煉的負(fù)荷，較以前少開一臺(tái)的銅泵，節(jié)約了電耗噸氨電耗較以前下降150度左右；而且折合合成氨日產(chǎn)較以前提高了20M3以上。同時(shí),提高了企業(yè)的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)管理水平,生動(dòng)直觀的操作畫面,使操作人員監(jiān)視和操作都比較方便,減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了操作環(huán)境與操作條件,促進(jìn)了職工文化素質(zhì)的提高。 (3) IS8000甲醇控制系統(tǒng)的投運(yùn),每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約300萬(wàn)元。 二零零五年三月一日