劉振興,王中軍,牟克田
(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司,青海 格爾木 816000)
遠(yuǎn)程I/O技術(shù)方案在氯堿行業(yè)中的應(yīng)用
劉振興,王中軍,牟克田
(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司,青海 格爾木 816000)
新型的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的4~20 mA信號以及開關(guān)量信號通過相應(yīng)的I/O模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,再通過通訊網(wǎng)關(guān)將數(shù)字信息以各種通用的開發(fā)式通訊協(xié)議,如MODBUS、Profibus-DP、Profibus-DP V1、Foundation Fieldbus等,傳輸?shù)紻CS/PLC等系統(tǒng)中實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的一種技術(shù)手段。
遠(yuǎn)程I/O;信號采集;通訊協(xié)議;技術(shù)優(yōu)勢;成本優(yōu)勢
近些年來,隨著氯堿行業(yè)的逐漸發(fā)展壯大和產(chǎn)能的不斷提升,對儀表自控專業(yè)提出了更高的要求,尤其是在監(jiān)控點數(shù)較多的項目中,傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸暴露出了諸多弊端。新型的遠(yuǎn)程I/O技術(shù)和DCS第三方通訊技術(shù)是目前最先進的遠(yuǎn)程控制技術(shù)之一,具有很強的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢,該技術(shù)在行業(yè)中的廣泛應(yīng)用降低了項目建設(shè)成本和工廠的后期維護費用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。本文以青海鹽湖工業(yè)股份有限公司100萬t/a鉀肥產(chǎn)品綜合利用項目一期VCM裝置14萬t/a擴能改造工程中遠(yuǎn)程I/O技術(shù)方案的應(yīng)用為例,探討了該技術(shù)在氯堿行業(yè)中的應(yīng)用及成果。
VCM(氯乙烯)是生產(chǎn)PVC樹脂的主要原料。合成轉(zhuǎn)化是VCM生產(chǎn)過程中的一個重要工序。在該工序中乙炔和氯化氫經(jīng)混合冷凍脫水,在以活性炭為載體、氯化汞為觸媒的列管式轉(zhuǎn)化器內(nèi)進行合成,生成氯乙烯(VCM)。反應(yīng)過程中每臺轉(zhuǎn)化器內(nèi)的十二點溫度是重要的控制參數(shù)。溫度過低會降低反應(yīng)速度,溫度過高又會造成觸媒的熱分解以及副反應(yīng)的加劇。該公司100萬t/a鉀肥產(chǎn)品綜合利用項目一期VCM裝置14萬t/a擴能改造工程是在原來具有18臺VCM轉(zhuǎn)化器的一期VCM裝置基礎(chǔ)上進行擴建的,新增了12臺VCM轉(zhuǎn)化器,單臺轉(zhuǎn)化器上安裝有三點式熱電偶4支、熱電阻2支、壓力開關(guān)1臺,單臺共計12個熱電偶(TC)信號、2個熱電阻(RTD)信號、1個干接點壓力開關(guān)信號。12臺轉(zhuǎn)化器總計有4×3×12=144(個)熱電偶信號,2×12=24(個)熱電阻信號、12個干接點壓力開關(guān)信號。
原18臺轉(zhuǎn)化器共計有4×3×18=216(個)熱電偶信號、2×18=36(個)熱電阻信號、18個干接點壓力開關(guān)信號,所有溫度測控點采用傳統(tǒng)的控制方式,即現(xiàn)場一次元件→接線箱→端子排→變送器→安全柵→端子排→IO卡件→Honey Well DCS控制系統(tǒng)。這種控制方案線路復(fù)雜、故障率高、維護量大,建設(shè)期間需要架設(shè)大量的電纜橋架、敷設(shè)大量的儀表電纜,還需要大量的接線端子、穿線管、防爆接線箱以及增加DCS模擬量輸入卡件16塊、安全柵252塊、溫度變送器252臺及其他安裝材料,除了項目建設(shè)期間數(shù)額較大的設(shè)備材料費及人工費用外,開車后的維護費用也是相當(dāng)可觀的。
遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的4~20 mA信號以及開關(guān)量信號通過相應(yīng)的I/O模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,再通過通訊網(wǎng)關(guān)將數(shù)字信息以各種通用的開發(fā)式通訊協(xié)議傳輸?shù)紻CS/PLC等系統(tǒng)中實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)可安裝在危險區(qū)1區(qū)(Zone1)或危險區(qū)2區(qū)(Zone2),接收來自危險區(qū)0區(qū)(Zone0)或危險區(qū)1區(qū)(Zone1)的RTD、TC信號和開關(guān)量信號。來自現(xiàn)場一次元件的RTD、TC信號和開關(guān)量信號直接進入安裝在主底板上的IO模塊,再通過冗余配置的2個通訊模塊采用目前成熟的流行且公開的通訊協(xié)議傳輸?shù)缴衔粰C(Honey Well DCS控制系統(tǒng))上實現(xiàn)通訊,通訊總線采用EExe增安型防爆方法,因此,在控制室內(nèi)無需隔離柵或接收器,可節(jié)省大量的硬件資金的投入。通訊協(xié)議目前可支持MODBUS,Profibus-DP,Profibus-DP V1,F(xiàn)oundation Fieldbus等通訊協(xié)議,可與 Honey Well、SIEMENS、DELTA V、ABB、FOXBORO、YOKOGAWA、ROCKWELL、MODICON等目前流行的絕大多數(shù)DCS/PLC集成見圖1。
圖1 DCS/PLC集成圖
遠(yuǎn)程I/O站集成在箱體內(nèi),箱外設(shè)計有引入的壓縮空氣或儀表風(fēng),可供箱內(nèi)散熱之用。箱內(nèi)安裝有主底板、IO模塊、電源模塊和通訊模塊。主底板采用與IO模塊分離式設(shè)計,1個主底板最多可允許安裝22個IO模塊,根據(jù)應(yīng)用需要可安裝單通道模塊,也可安裝多通道模塊。多種IO模塊可供選擇,包括HART通訊模塊。主底板可擴展1個擴展底板,增加IO模塊插槽,所有I/O模塊可直接插入底板中。每個IO站配備2個冗余的通訊模塊,由RS485接口連接通訊電纜傳輸信號至DCS控制系統(tǒng),實現(xiàn)2條通訊總線的冗余技術(shù)。遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)所有的IO組態(tài)數(shù)據(jù)被保存到通訊網(wǎng)關(guān)內(nèi),當(dāng)某一模塊故障時,可以很容易的將一個沒有組態(tài)的新模塊更換上。當(dāng)新模塊插上時,備用通訊模塊馬上更新組態(tài)數(shù)據(jù),新模塊即刻正常運行,如果插入1個與原先組態(tài)數(shù)據(jù)不一致的模塊時,系統(tǒng)自動識別,不會對其他正常模塊產(chǎn)生不良影響見圖2。對于通訊模塊也是如此,組態(tài)數(shù)據(jù)可通過RS485從控制系統(tǒng)下裝,冗余系統(tǒng)可自動執(zhí)行。每個IO站的配電由3個電源模塊組成,2路獨立外部供電,實現(xiàn)供電冗余,其中任意一個故障時,系統(tǒng)自動報警提示,最大限度的增加系統(tǒng)安全性和可靠性。
圖2 遠(yuǎn)程IO站主底板及IO模塊圖
4.1 技術(shù)優(yōu)勢
(1)采用隔離技術(shù)和多重防爆技術(shù),使得IO站本身可裝于危險區(qū)域,同時其IO分支可連接本安回路,即具有隔離柵功能。
(2)冗余網(wǎng)關(guān)技術(shù),可充分保證系統(tǒng)通訊的可靠性。
(3)模塊SIL2認(rèn)證,保證系統(tǒng)安全和可靠性需求。
(4)多種網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議選擇,MODBUS FFPROFIBUS等網(wǎng)關(guān)協(xié)議充分保證與用戶系統(tǒng)的完美集成,開放的、通用的協(xié)議便于用戶使用和降低成本。
(5)獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計,使得IO站模塊可在現(xiàn)場帶電拔插和維護。
(6)采用MODBUS RTU技術(shù),可實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護。
(7)冗余網(wǎng)關(guān)采用自動同步與鏡像技術(shù),可以在線更換網(wǎng)關(guān)而無需重新組態(tài),所有組態(tài)數(shù)據(jù)均存在網(wǎng)關(guān)中,因此,在線更換IO模塊后也無需重新組態(tài)即可使用。
(8)內(nèi)置線路檢測功能,可檢測IO線路短路或斷路,并通過LED報警輸出。
(9)單通道,多通道,AI/AO/DI/DO以及溫度、頻率模塊可以選擇,各種模塊可以在同一IO內(nèi)隨意組合,同一站最大可有80個AI/AO或184DI/DO。
4.2 成本優(yōu)勢
擁有以上新技術(shù),在系統(tǒng)成本方面,較傳統(tǒng)解決方案來說,也具有明顯的優(yōu)勢,無論是在設(shè)計、安裝或者交工資料等方面均可節(jié)省投資。
(1)節(jié)省隔離式安全柵。
(2)節(jié)省DCS或PLC IO卡件。
(3)大量節(jié)省接線端子與電纜以及電纜安裝橋架等。
(4)節(jié)省大量工程施工費用和運行維護費用。
(5)節(jié)省控制機柜和控制室面積。
以100個點為例,采用遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)后,接線端子由原來的1 600個減少為404個,節(jié)省了安全柵和DCS的IO卡件。由于遠(yuǎn)程IO可安裝在危險區(qū)域,大大節(jié)省了電纜費用,以及相關(guān)安裝附件及人工費用。
遠(yuǎn)程I/O技術(shù)做為一種先進的控制方式引入和應(yīng)用在青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司PVC廠,其明顯的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢已經(jīng)在該公司得到了充分的體現(xiàn),節(jié)省了大量的資金。隨著該技術(shù)的不斷完善和改進,相信其在氯堿行業(yè)中更廣泛的應(yīng)用將會對社會產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。
Application of remote I/O technology in chlor alkali industry
LIU Zhen-xing,WANG Zhong-jun,MOU Ke-tian
(Qinghai Salt Lake Industry Co.,Ltd.Chemical Branch,Golmud Qinghai 816000,China)
New remote I/O system is the traditional 4~20 mA signal and switch signal by the corresponding I/ O modules converted into digital information,through communication gateway will digital information in a variety of common development of communication protocols,such as MODBUS,Profibus-DP,Profibus-DP V1,F(xiàn)oundation Fieldbus and transmitted to DCS/PLC and system realization of a type of remote monitoring technology.
remote I/O;signal acquisition;communication protocol;technology advantage;cost advantage
TB486+3
B
1009-1785(2016)12-0034-03
2016-05-19