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1、涛惠泉 张家港双狮硫酸项目E C S 一1 0 0 控制系统设计及应用 1 4 5 张家港双狮硫酸项目E C S 一1 0 0 控制系统设计及应用 汤惠泉 ( 浙江中控技术有限公司，浙江3 1 0 0 5 3 ) 本项目实现固体硫磺的溶化、液硫焚烧制酸 及废热蒸汽发电的全流程自动控制，根据装置设 备分布特点，配置了相应的三个控制站。使用光纤 互联实现了整套装置间的数据共享及选择性互 操。通过系统的开放互联性，连接了G E 、S I E - M E N S 等多台第三方设备。 孟山都公司10 0 0k t a 硫磺制酸装置在国内 是首次引进，设备结构紧凑、联锁自控要求高，其 突出特点是在普通硫酸
2、装置利用烟气废热设立余 热锅炉的基础上，增加了低热利用装置( 即H R S 锅炉) ，极大地提高了装置废热利用效率，获得了 可观的经济效益。 本项目为孟山都总包，配套设备5 0M W 蒸汽 发电机由德国S I E M E N S 供货，汽机控制主体由 S I E M E N S 公司配套P C S 7 系统。汽机的调试由孟 山都、S I E M E N S 及S U P C O N 三家配合进行，我方 系统负责主蒸汽高压旁路、中压蒸汽旁路及蒸汽 冷凝水的控制。通过与S I E M E N Sp c s 7 系统的数 据通信，完成汽机跳机保护、负荷升降、孤岛模式 等蒸汽管路的协调控制。 现代工业
3、的显著特点之一是设备的大型化、 高速化和自动化。现代化的设备与先进的生产工 艺相结合，是生产过程实现高产量、高效率、低成 本、低污染的根本保证。许多西方先进国家的工 业已普遍实现了大型化、高速化和自动化。我国 工业也正在加快从传统工业向现代化工业转变的 步伐。规模小、效益差、污染大的企业已无发展前 景，许多大中型工业企业正在不断出现。这些企 业在设备更新改造中都把大型现代化设备作为今 后发展的主要投资方向，新上项目多采用高产量、 高效率、低成本、低污染的工艺，这些工艺仅依靠 手工操作根本无法满足要求，因此必须对其实现 自动控制。 本次张家港双狮精细化工有限公司投资的 10 0 0k t a 硫
4、磺制酸及5 0M W 余热发电项目，正 是基于大型化、高速化及自动化的角度新建的。 工艺采用了目前国内外比较先进的美国孟山都环 境化学公司开发的硫磺制酸生产工艺，控制系统 采用了浙大中控的E C S 一1 0 0 控制系统，以实现 熔硫、制酸及T G 发电三个工段的现场过程数据 采集、监视、控制。 本文主要介绍该项目中E C S 一1 0 0 控制系统 的设计与应用。 1 系统设计要求 1 1 安金可靠性 系统设计中必须采取种种措施，确保系统的 高可靠性，它包括元器件的选择、冗余设计、环境 设计、人机工程设计、故障模式影响及危害性分 析、故障树分析、模块化设计、标准规范的组态软 件设计等。在系
5、统可靠性设计中还考虑到系统的 安全性，对系统采取了一些安全措施，如手动自 动切换、多级控制、报警和输出锁定等。 1 2 组态界面灵活、友好 D C S 控制系统应具有灵括的组态特性，使用 户能根据实际要求方便地组态得到所需的控制系 统。同时还要按照人机工程的要求进行设计，为 用户提供安全、舒适、友好的操作界面。 1 3 多功能的协议转换接口 因工艺中需与第三方设备的互联，故D C S 控 1 4 6 2 0 0 5 年垒国硫酸工业技术交流会论文集 制系统需支持M O D B U S 、H o s tL i n k 等多种协议的 网际互联，可方便地完成对第三方设备的通讯，以 实现系统的开放性雨l
6、 百操作性。 2 硬件体系结译勾 2 1 总体结构 张家港双狮项目应其工艺的特点和需求配置 了三套控制系统：熔硫工段配置一个控制站，二个 操作站和一个移动：T ：程师站。T G 发电工段配置 一个控制站，二个操作站和一个移动工程师站 ( 与熔硫装置公用) 。制酸工段配置一个控制站， 五个操作站，其中一个兼工程师站。 控制站与控制站、控制站与操作站之间通过 网络联结，其网络结构为三层：信息管理网、s c n e t l I 刚和S B U S 总线。上层工厂级信息管理网采 用符合T C P I P 协议的l O O M b p s 以太网，连接了 操作站、工程师站、管理计算机等，是实现工厂综 合
7、管理的信息通道。S c n e t l I 网采用了双高速冗 余工业以太网作为过程控制网，直接连接了系统 的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等，是 传送过程控制实时信息的通道。S B U S 总线分为 两层，第一层为双重化总线S B U S s 2 ，连接发主 控制卡和数据转发卡用于主控制卡与数据转发 卡间的信息交换；第二层为S B U S S I 网络，连接 r 数据转发卡和各块I O 卡件，用于数据转发卡 与各块L e O 卡件问的信息交换。 2 2 控制站 控制站是系统中直接与现场进行I 0 数据采 样、信息交互、控制运算、逻辑控制的核心单元，完 成整个工业过程的实时控制功能。通过
8、软件设置 和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构， 如过程控制站、逻辑控制站、数据采集站。控制站 主要由机柜、机笼、供电单元、端子板和各类卡件 ( 包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入输 出卡) 组成，其核心是主控制卡。主控制卡通过 系统内高速数据网络S B u s 扩充各种功能， 实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中 数据采集、回路控制、顺序控制、以及包括优化控 制等各种控制算法。 2 3 操作站 操作站是监视和控制生产过程的主要窗口， 通过它可以完成系统控制功能及操作画面的组态 工作；同时，在正常生产过程中，不仅可以进行各 种参数的观察及控制，而且能够完成各种生产过 程的流程显示
9、、动态参数曲线的显示、报警以及各 种报表的打印等功能。另外，用户还能在操作站 上实现各种先进控制、优化算法、生产管理和生产 调度。如图1 所示。 操作站采用基于中文W i n d o w 2 0 0 0 视窗操作 系统的软件，具有良好的人机交互界面，全中文显 示，大屏幕高分辨率彩显，使各类操作画面清晰美 观。全鼠标操作易学易用，组态式结构修改方便， 并采用大容量硬盘保存实时采样数据，代替常规 记录仪，降低成本，提高了可靠性。丰寓的操作画 图1 面和帮助信息，利于现场操作人员的实际工作。 4 系统软件设计 系统的软件部分包括组态软件包和实时监控 软件包两部分。 组态软件包用于完成系统硬件组态、控
10、制方 汤惠泉 张家港双狮硫酸项目E C S 一1 0 0 控制系统设汁及应用 1 4 7 案组态以及操作组态。其中系统硬件组态指完成 对系统硬件构成的软件设置，如设置系统网络节 点、冗余状况、控制周期；I O 卡件的数量、地址、 冗余状况、类型；设置每个I 0 点的类型、处理方 法和其他特殊的设置。控制方案组态用以设置输 出方式、回路、备选位号及控制算法等，而E C S 一 1 0 0 系统控制方案软件支持图形化编程和语言编 程。操作组态用以设置纸机流程图、报表种类以 及语音报警等。 实时监控软件包根据组态软件包生成的组态 标志说明： 1 ，2 ，3 ，4 ：制酸、主风机、热能回收、余热锅炉各
11、个工 段的流程图下拉菜单； 5 ：联锁参数，点击将弹出下拉菜单，可以进人联锁控 制图及参数设置画面； 6 ：历史趋势，点击可以进A 历史趋势查询画面； 7 ：数据一览， 8 ：报警总览。点击可以进人报警总览画面； 9 ：报警历史，点击可以进入报警历史画面； 1 0 ：系统配置，点击可以进入系统配置画面( 此项功 能只有在以$ U P C O N 用户名登陆时才船进人) 图2 信息，执行整个系统的运行控制。系统实叫监控 软件屏幕分为：标题栏、操作工具干兰、于 警信息栏、 综合信息栏和主画丽区儿部分。操作婀面包括： 系统总貌、工艺流程、控制分组画面、调整画面、趋 势图、报警一览表、故障诊断等。 “
12、 E C S 一1 0 0 监控系统是集现场信号采集、动态 显示、自动控制、电气设备( 泵) 遥控操作及联锁 控制等功熊于一体的综合性系统。下图为双狮硫 磺制酸项目制酸总貌画面，以此为例介绍该项目计 算机操作和监视画面可实现的功能( 如图2 所示) 。 1 1 ：数据库管理，点击可以进入数据库管理画丽( 此 项功能只有在以S U P C O N 用户名登陆时才能进入) ； 1 2 ：故障诊断，点击可以进人故障诊断画面( 此项功 能只有在以S U P C O N 用户名登陆时才能进入J ； 1 3 ：消音，点击可吼消除报警铃声，只有当新米一条 报警时，铃声才会再次响起； 1 4 ：登陆，点击弹出
13、登陆小框； 1 5 ：退出系统，点击可以退出整个监控系统( 此项功 能只有在以S U P c O N 用户名登陆时才能进入) ； 1 6 ：指示当前操作用户名； 1 7 ：指示系统当前时阐； 1 4 8 2 0 0 5 年全国硫酸工业技术交流会论文集 1 8 ：实时报警栏，最新最近的四条报警将出现在实时 报警栏中。鼠标点击可确认报警。 4 控制功能实现 4 1 与G E 及西门子的通讯 双狮项目中风机使用的是G E 公司产品，需 与D C S 进行通讯，其提供R S 2 3 2 或R S 4 2 2 口，厂 方选用了R S 2 3 2 ，而我们的通讯卡件为R S 4 8 5 协 议，故采用一亚
14、当模块将4 8 5 转变为2 3 2 再进入 F W 2 4 4 通讯卡。通讯协议为：M O D B U S R T U ，8 位数据位，无校验，1 停止位，96 0 0 波特率，风机 通讯过来的数据有自身量程，并将其转换成0 6 55 3 5 的值传送过来，比方说，自身量程为0 1 5 01 x m ，则当为7 5l a , m 时，传过来的值为3 27 6 7 ， 我们只要将位号的量程设置跟他的量程一样，然 后将数据乘以6 55 3 5 的倒数，就得到了相应的半 浮点值。通过在S C X 语言中编写程序，最终可实 现对风机的振幅，偏移及温度的数据读取。 同样T G 发电工段的汽机厂家选用了
15、西门子 的汽机及其P c s 7 的控制系统，做为发电的前方 辅助部分控制部分，我方D C S 控制系统需与西门 子进行通讯，其通讯协议为：M O D B U S R T U ，8 位 数据位，无校验，1 停止位，96 0 0 波特率，选用了 R S 4 8 5 的通讯口，无需亚当模块转换。 4 2 串酸控制 在硫酸生产过程中其最终产品可以是9 5 酸或9 8 酸，其生产中的控制方法不同，但执行 机构采用相同，对同一执行器在9 8 酸生产和 9 5 酸生产中控制对象不同。如图3 所示： 生产9 5 酸控制 一一生产9 8 酸控制 图3 4 3 联锁控制 生产过程中会因为某项工艺参数的不满足而
16、导致联锁产生，所有联锁在操作画面中都有显示， 如图4 所示。点击标题栏中的联锁参数按键( 图 4 中1 ) ，从下拉菜单选项中选择所需观察的联锁 项，如图所示： 图中左边横框为联锁条件( 图4 中2 ) ，内 有联锁条件的参数位号及文字描述，当联锁条件 满足时会闪烁为红色。中间方框为联锁旁路开关 ( 图4 中3 ) ，只有开关合上联锁才会起作用，欲 汤惠泉张家港双狮硫酸项目E C S 一1 0 0 控制系统设计及应用 一1 4 9 对联锁切除或投人可点击该按键做确认选择 ( 注意只有实心的旁路开关按键才可选择，空心 的为硬开关不可选择操作) 。右边横框为联锁产 5 结束语 本套E C S 一1 0 0 控制系统经过一段时间的调 试和试运行，目前已正式运行，实践证明，该控制 图4 生的作用( 网4 中4 ) ，同样标有联锁作用的位 号及文字描述，当联锁作用产生时闪烁为 红色。 系统稳定可靠、控制精度高、实用性强、组态灵活、 界面友好，从根本上提高了生产过程自动化水平
