胡新建 劉 浩 梅 永

ECS700系統(tǒng)在硫磺回收裝置中的應(yīng)用

胡新建 劉 浩 梅 永

本文介紹了硫磺回收的工藝，中控ECS700系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，硬件和軟件構(gòu)成。如何實(shí)現(xiàn)工藝要求，并結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，把主爐尾爐點(diǎn)火程序用VB語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，把它與緊急停車(chē)聯(lián)鎖區(qū)分開(kāi)，并在實(shí)際中取得了成功。

裝置概述

硫磺回收是回收上游煉油裝置產(chǎn)生的尾氣，減少對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)于煉油企業(yè)來(lái)說(shuō)，減少硫的損失是體現(xiàn)企業(yè)提高油品質(zhì)量后生產(chǎn)管理水平的一個(gè)重要標(biāo)志，同時(shí)也是減少排放，保護(hù)環(huán)境的客觀要求。硫磺回收裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，不但有社會(huì)效益，還有較好的經(jīng)濟(jì)效益。在筆者所在的金陵石化，原油處理量達(dá)到1800萬(wàn)t/a，而硫磺回收裝置就有四套，分別為4萬(wàn)t/a硫磺回收、5萬(wàn)t/a硫磺回收、兩套10萬(wàn)t/a硫磺回收，一旦硫磺回收裝置出現(xiàn)問(wèn)題，SO2從火炬排空，就會(huì)對(duì)環(huán)保形成巨大的壓力，上游的催化和加氫裝置就會(huì)被迫停工。國(guó)內(nèi)的硫磺回收裝置一般是采用克勞斯法制硫基本原理，使酸性氣中的H2S轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫。不能完全反應(yīng)的H2S最終通過(guò)焚燒爐進(jìn)行燃燒成SO2排空，排空的SO2只占百分之零點(diǎn)零三左右。

中控ECS700系統(tǒng)介紹

ECS700系統(tǒng)是浙大中控公司最近推出的新一代控制系統(tǒng)，是大型控制系統(tǒng)，可以增加遠(yuǎn)程控制機(jī)柜，總系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)可以超過(guò)上萬(wàn)點(diǎn)。ECS700系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持各種等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線的接入和多種異構(gòu)系統(tǒng)的綜合集成。

ECS700系統(tǒng)由控制站及相關(guān)設(shè)備、工程師站、操作站、組態(tài)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（過(guò)程信息網(wǎng)、過(guò)程控制網(wǎng)、I/O總線）等構(gòu)成。（見(jiàn)圖1）

過(guò)程信息網(wǎng)：連接控制系統(tǒng)中所有工程師站、操作站、服務(wù)器等操作節(jié)點(diǎn)，在操作節(jié)點(diǎn)間連接歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、操作記錄等。對(duì)于掛在過(guò)程信息網(wǎng)上的各應(yīng)用站點(diǎn)可以通過(guò)各操作域的數(shù)據(jù)站間訪問(wèn)實(shí)時(shí)和歷史信息、下達(dá)操作指令。

過(guò)程控制網(wǎng)： 連接控制系統(tǒng)中所有工程師站、操作站、服務(wù)器等操作節(jié)點(diǎn)，在操作節(jié)點(diǎn)和控制站間傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種操作指令。

I/O總線：包括本地I/O總線和擴(kuò)展I/O總線。包括本地I/O總線主要用于主控制器和I/O模塊的連接；擴(kuò)展I/O總線主要用于主控制器和各類(lèi)通訊模塊的連接，并通過(guò)其遠(yuǎn)程I/O模塊或設(shè)備。本地I/O總線和擴(kuò)展I/O總線均支持冗余設(shè)置。

數(shù)據(jù)站：數(shù)據(jù)站提供報(bào)警歷史記錄、操作歷史記錄、操作域變量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)、SOE服務(wù)、并向應(yīng)用站提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)站可以冗余配置，當(dāng)工作服務(wù)器發(fā)生故障或檢修時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換，保證客戶(hù)端正常工作。

主要的硬件部分：控制器、I/O模塊

控制器

ECS700系統(tǒng)采用的控制器是基于32位高性能嵌入式工業(yè)級(jí)CPU設(shè)計(jì)的FCU711，其運(yùn)算周期為：100ms典型周期、支持20ms～5s?？刂破魇强刂葡到y(tǒng)的大腦，處理系統(tǒng)內(nèi)軟硬件的關(guān)系和控制任務(wù)，隨時(shí)切換?？刂破鞯娜蝿?wù)是進(jìn)行數(shù)采、信息處理、控制運(yùn)算。通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)相連，接收上層管理信息，并向上傳遞工藝的特性數(shù)據(jù)和采集到的即時(shí)數(shù)據(jù)；向下通過(guò)I/O總線和I/O模塊進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)與I/O模塊的信息交換?？刂破魅哂嗯渲?，一主一備，兩個(gè)控制器信息即時(shí)同步，隨時(shí)準(zhǔn)備切換，控制器帶有蓄電電池，當(dāng)外部供電掉電時(shí)，能保持控制器信息不丟失。（見(jiàn)圖1）

I/O模塊

I/O模塊分為本地I/O模塊和遠(yuǎn)程I/O模塊

本地I/O模塊掛在本地I/O總線上L-BUS上，每對(duì)主控制器最多可以?huà)旖?4個(gè)本地I/O模塊，I/O卡件分為模擬輸入卡、模擬輸出卡、數(shù)字輸入卡、數(shù)字輸出卡、通訊卡，卡件上根據(jù)卡鍵的特性進(jìn)行相應(yīng)的跳線。

遠(yuǎn)程I/O模塊通過(guò)I/O連接模塊COM711將ECS700系統(tǒng)遠(yuǎn)程I/O單元掛接在擴(kuò)展I/O總線EBUS上，每對(duì)I/O模塊最多可以?huà)旖?4塊I/O模塊。

軟件部分

控制策略的組態(tài)軟件

控制策略的組態(tài)軟件分為組態(tài)管理、硬件組態(tài)、位號(hào)組態(tài)、控制方案組態(tài)、功能塊庫(kù)。

監(jiān)控組態(tài)軟件：

監(jiān)控組態(tài)軟件是完成人機(jī)對(duì)話(huà)、操作人員實(shí)現(xiàn)控制意圖的組態(tài)，包括：

操作域組態(tài)包括操作員權(quán)限設(shè)置、報(bào)警顏色、服務(wù)設(shè)置、域變量組態(tài)、歷史趨勢(shì)位號(hào)組態(tài)、自定義報(bào)警分組設(shè)置。

操作小組組態(tài)：總貌畫(huà)面、一覽畫(huà)面、分組畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面、流程圖、報(bào)表、調(diào)度、自定義鍵、可報(bào)警分區(qū)、光字牌設(shè)置、位號(hào)關(guān)聯(lián)流程圖組態(tài)等。

系統(tǒng)時(shí)鐘同步

ECS700系統(tǒng)提供多種時(shí)鐘同步解決方案：

方案1：使用帶脈沖功能的GPS時(shí)鐘服務(wù)器，結(jié)合脈沖同步和SNTP同步，可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)1ms、控制站間2ms的同步精度。

方案2：使用時(shí)鐘服務(wù)器軟件，通過(guò)SNTP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)30ms、控制站間50ms的同步精度。

在ECS700系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)控制方案

系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)裝置設(shè)計(jì)要求，4萬(wàn)t硫磺回收裝置系統(tǒng)點(diǎn)的數(shù)量，為模擬輸入 380點(diǎn)、模擬輸出 85點(diǎn)、數(shù)字輸入280點(diǎn)、數(shù)字輸出185點(diǎn)、熱電偶低電平信號(hào) 120點(diǎn)、熱電阻信號(hào) 30點(diǎn)。 此外，機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)機(jī)振動(dòng)值和位移值，分別都需要和通訊卡COM741進(jìn)行通訊，在DCS系統(tǒng)進(jìn)行顯示，共計(jì)60個(gè)通訊點(diǎn)。

圖1　ECS700系統(tǒng)構(gòu)成

硬件配置

根據(jù)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)及裝置的監(jiān)控要求，配置了一對(duì)控制器，一個(gè)控制柜，四個(gè)安全柵柜，兩個(gè)I/O機(jī)柜（AI713卡42塊，AO713卡14塊，DI711卡14塊，DO711卡10塊，COM741卡2塊）。一臺(tái)組態(tài)服務(wù)器，一臺(tái)時(shí)鐘服務(wù)器，兩臺(tái)操作節(jié)點(diǎn)，三臺(tái)交換機(jī)。本系統(tǒng)用組態(tài)服務(wù)器和時(shí)鐘服務(wù)器冗余配置。

系統(tǒng)組態(tài)、安裝調(diào)試

控制策略組態(tài)（控制器內(nèi)程序）

根據(jù)前面設(shè)計(jì)圖紙確定的硬件配置，在機(jī)柜中確認(rèn)所有的I/O卡件位置，在硬件組態(tài)中設(shè)置所有的I/O點(diǎn)通道，在位號(hào)表組態(tài)中設(shè)置所有點(diǎn)的位號(hào)、量程、說(shuō)明、報(bào)警特性；創(chuàng)建一對(duì)冗余控制器，設(shè)置組態(tài)服務(wù)器和時(shí)鐘服務(wù)器以及操作節(jié)點(diǎn)，分配其地址，分別添加相應(yīng)的I/O卡件，進(jìn)行系統(tǒng)硬件組態(tài)；創(chuàng)建位號(hào)表；新建各種控制回路和聯(lián)鎖回路；下載控制器，下載時(shí)一定要保證控制網(wǎng)A和B的暢通；系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)，包括畫(huà)流程圖，建立趨勢(shì)圖，建立過(guò)程報(bào)警等等；最后聯(lián)機(jī)調(diào)試。

具體的應(yīng)用特點(diǎn)

各種控制方案建立

運(yùn)用PID功能塊實(shí)現(xiàn)各種控制方案

單回路控制是最廠用的控制回路，直接運(yùn)用PID功能塊即可實(shí)現(xiàn)。

本裝置復(fù)雜的控制回路有：串級(jí)控制、選擇控制、比例控制、分層控制，均可以運(yùn)用現(xiàn)成的功能塊輕松實(shí)現(xiàn)。（見(jiàn)圖2）

停車(chē)聯(lián)鎖方框圖建立

4萬(wàn)t硫磺回收裝置原來(lái)停車(chē)聯(lián)鎖包含了主爐和尾爐點(diǎn)火程序，都用邏輯方框圖建立，存在無(wú)序混亂的現(xiàn)象，在爐子點(diǎn)火時(shí)，操作者不知道程序走到哪一步，一旦操作不熟練，點(diǎn)火程序走不下去。本次改造為了避免此類(lèi)情況，把停車(chē)和點(diǎn)火分開(kāi)實(shí)現(xiàn)。停車(chē)用邏輯方框圖搭建，點(diǎn)火程序用VB語(yǔ)言編寫(xiě)，按步實(shí)現(xiàn)，避免出現(xiàn)混亂的情況。

邏輯方框圖的實(shí)現(xiàn)直接調(diào)用功能庫(kù)中的功能塊搭建，十分方便。

圖2　ECS700系統(tǒng)控制回路

主爐和尾爐點(diǎn)火程序

點(diǎn)火程序用VB語(yǔ)言編寫(xiě)，封裝為功能塊執(zhí)行。

點(diǎn)火部分程序如下：

IF I6_STEP.VALUE = 0 THEN

XV_2005.PCMD：= FALSE；XV_2007. PCMD：= FALSE；

XV_2008.PCMD：= FALSE；XV_2009. PCMD：= FALSE；

IF I6_STOP.VALUE = TRUE THEN

I6_STEP.VALUE ：= 0；

END_IF；

END_IF；

點(diǎn)火步驟畫(huà)成操作圖，操作工很容易看到執(zhí)行到哪一步，十分直觀。

第三方控制器通訊點(diǎn)的組態(tài)

在COM741卡中設(shè)置有關(guān)的參數(shù)，就能建立與第三方的通訊。

結(jié)束語(yǔ)

ECS700系統(tǒng)在硫磺處理裝置上是第一次應(yīng)用，此系統(tǒng)操作十分方便，所有說(shuō)明為中文，方便操作工自己查看各種操作記錄和說(shuō)明。在裝置開(kāi)工使用過(guò)程中經(jīng)過(guò)了大量的調(diào)試、修改完善，一次開(kāi)工正常，歷史趨勢(shì)能保存三個(gè)月之久，開(kāi)工運(yùn)行時(shí)能正常地在線下載，不會(huì)影響其他正在運(yùn)行的部分。ECS700系統(tǒng)是一個(gè)十分成熟的DCS系統(tǒng)，能正常滿(mǎn)足工藝的操作要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.011