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        基于PLC和組態(tài)軟件的煉化裝置壓力容器控制系統(tǒng)①

        2017-11-01 07:18:54
        化工自動化及儀表 2017年6期
        關(guān)鍵詞:下位設定值煉化

        張 強

        (中國石油股份有限公司大慶煉化分公司)

        基于PLC和組態(tài)軟件的煉化裝置壓力容器控制系統(tǒng)①

        張 強

        (中國石油股份有限公司大慶煉化分公司)

        運用PLC和組態(tài)技術(shù)根據(jù)煉化裝置壓力容器的特點設計其自控系統(tǒng)。首先選擇S7-200 PLC作為下位機,配置I/O地址,設計控制流程并構(gòu)建控制算法,對煉化裝置壓力容器進行測控;然后在組態(tài)軟件Realinfo中繪制圖形用戶界面,顯示實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和報警信息。聯(lián)合調(diào)試結(jié)果驗證了該系統(tǒng)的有效性。

        參數(shù)調(diào)控 壓力容器 S7-200 PLC Realinfo組態(tài)軟件

        隨著石化企業(yè)的規(guī)模逐漸擴大,各石油化工、煉化企業(yè)中的壓力容器[1]所占面積越來越大,承壓設備越來越多,對壓力容器和承壓設備的數(shù)據(jù)信息進行有效管理,使之更好地為產(chǎn)業(yè)鏈中的生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)服務[2],成為大型化工企業(yè)提高管理水平、增強企業(yè)信息化水平的重要研究課題。

        對于煉化裝置中的壓力容器,傳統(tǒng)管理方式是通過就地顯示儀表進行人工抄表,定時獲取壓力、溫度及物位等受控變量信息,然后手抄到對應的報表或者人工錄入到計算機系統(tǒng)[3]中,這樣必然存在數(shù)據(jù)偏差且效率低下等弊端[4,5]。因此,筆者設計將S7-200 PLC作為下位機獲取相關(guān)受控變量信息,同時將相關(guān)的PID控制算法[6]嵌入到下位機。上位機采用組態(tài)軟件監(jiān)控受控變量的實時變化,對超限變量進行聲光報警,并對下位機中控制算法的參數(shù)進行設定,從而有效地對煉化裝置中壓力容器的相關(guān)變量進行監(jiān)控。

        1 下位機程序

        基于PLC和組態(tài)軟件的煉化裝置壓力容器控制系統(tǒng)的下位機采用S7-200 PLC作為主控制器(CPU是224系列)。傳感器包括溫度傳感器(鉑熱電阻傳感器)和壓力傳感器(擴散硅式差壓變送器)。信號調(diào)理模塊有熱電阻調(diào)理模塊和壓力采集調(diào)理模塊。執(zhí)行部分由伺服放大器、手操器和電動執(zhí)行機構(gòu)組成。伺服放大器對S7-200 PLC的輸出信號進行放大,手操器進行手動/自動切換,電動執(zhí)行機構(gòu)控制控制閥動作。其中控制閥包括進料閥和排空閥。系統(tǒng)主要的I/O分配點見表1。

        表1 系統(tǒng)主要的I/O分配點

        系統(tǒng)啟動后先進行初始化,然后分別啟動溫度控制子程序和壓力控制子程序。其中溫度控制子程序運行后,如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障則I0.2的急停開關(guān)動作,緊急停車;如果系統(tǒng)正常運行,則首先根據(jù)工藝設定溫度初始值,由子程序掃描溫度數(shù)據(jù),判斷所采集的溫度測量值是否在設定值范圍內(nèi),若在設定值范圍內(nèi),則通過PID算法控制進料閥和出料閥,綜合調(diào)整物料平衡;若超出了設定值范圍,則調(diào)整對應的進料閥和出料閥開關(guān),使壓力容器內(nèi)的溫度恢復到可控范圍內(nèi)。壓力控制子程序運行之后,如果系統(tǒng)有故障則I0.2的急停開關(guān)動作,緊急停車;如果系統(tǒng)正常運行,與溫度控制類似,首先根據(jù)工藝設定壓力初始值,由子程序掃描壓力數(shù)據(jù),判斷所采集的壓力測量值是否在設定值范圍內(nèi),若在設定值范圍內(nèi),則由PID算法控制進料和出料閥開度;若超出了設定值范圍,則打開排空閥,以保證壓力容器內(nèi)的壓力不超出設定值。

        在子程序中主要采用單回路控制,PID控制器是控制核心,執(zhí)行機構(gòu)為控制閥,受控對象為壓力容器,以熱電阻或壓力傳感器為測量變送環(huán)節(jié)構(gòu)成如圖1所示的閉環(huán)負反饋回路。

        圖1 閉環(huán)負反饋回路框圖

        2 上位機程序

        上位機程序采用Realinfo通過I/O驅(qū)動程序從現(xiàn)場I/O設備獲得實時數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行必要的加工后,一方面以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上,另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將數(shù)據(jù)傳送給I/O設備,對執(zhí)行機構(gòu)實施控制或調(diào)整參數(shù)。上位機程序的Realinfo組態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

        圖2 上位機程序的Realinfo組態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

        建立上位機控制程序的具體操作步驟如下:

        a. 啟動Realinfo組態(tài)軟件,建立工程項目。

        b. 進行設備配置。設備配置的目的是實現(xiàn)上位機與下位機之間的通信,即實現(xiàn)計算機與智能儀表之間的連接。通過設備窗口設置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備,注冊設備驅(qū)動程序,定義連接與驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量。

        c. 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。在實時數(shù)據(jù)窗口建立新的數(shù)據(jù)庫文件,要求與設備要求的數(shù)據(jù)一致。該窗口定義不同類型名稱的變量,作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接和設備驅(qū)動對象。

        d. 制作圖形畫面。在用戶窗口實現(xiàn),主要用于設置工程中的人機交互界面(生成動畫顯示界面、報警輸出、數(shù)據(jù)及曲線圖表等)。

        e. 在主控窗口建立新工程。主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口,負責調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括定義工程名稱、編輯工程菜單、設計封面圖形、確定自啟動窗口、設定動畫刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。

        f. 定義動畫連接。動畫連接將動畫與數(shù)據(jù)庫變量建立聯(lián)系,當數(shù)據(jù)庫變量發(fā)生改變時,動畫就與數(shù)據(jù)對應地表現(xiàn)出來。

        g. 運行與調(diào)試。先進行組態(tài)檢查,通過后則進入運行環(huán)境測試。

        圖3為按照以上步驟設計的煉化裝置壓力容器部分參數(shù)的監(jiān)控界面。

        圖3 壓力容器部分參數(shù)監(jiān)控界面

        在上位機程序中應重點考慮3個方面:

        a. 實時數(shù)據(jù)獲取的及時性。

        b. 報警信息的可追溯性。組態(tài)軟件中可以追溯報警信息,追溯屬于事后控制,通過事后的反饋找出控制系統(tǒng)的缺陷和問題所在,進而改進控制流程,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        c. 控制系統(tǒng)調(diào)試的簡便性??刂葡到y(tǒng)的調(diào)試可以分為應用程序離線調(diào)試、控制系統(tǒng)硬件調(diào)試、應用程序在線調(diào)試及現(xiàn)場調(diào)試等。上位機程序在這些調(diào)試過程中,可以與下位機程序聯(lián)合調(diào)試,亦可獨立成為系統(tǒng)以信號發(fā)生器作為信號源,逐步調(diào)試判斷獲得的信息是否正確。

        3 結(jié)束語

        基于S7-200 PLC和組態(tài)軟件Realinfo設計了煉化裝置壓力容器的控制系統(tǒng)。對系統(tǒng)下位機PLC和上位機進行聯(lián)合調(diào)試的結(jié)果表明:該系統(tǒng)充分發(fā)揮了上、下位機協(xié)調(diào)工作的優(yōu)勢,提升了工作效率。對壓力容器和承壓設備的數(shù)據(jù)信息進行有效管理,為企業(yè)提高管理和增強信息化水平提供技術(shù)支持。

        [1] 薛明德,黃克智,李世玉,等.壓力容器設計方法的進步[J].化工設備與管道,2010,47(6):1~13.

        [2] 霍鳳財,任偉建,康朝海,等.基于組態(tài)王和PLC的工業(yè)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].化工自動化及儀表,2013,40(9):1103~1105.

        [3] 李啟銳,邱波,彭志平.煉化裝置腐蝕信息綜合分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2015,25(12):156~160.

        [4] 羅建平.煉化企業(yè)基于MVSPC的過程控制的應用研究[J].計算機與應用化學,2013,30(11):1351~1354.

        [5] 鮑魁.先進控制技術(shù)(CAPC)在石化煉油裝置的應用[J].安徽化工,2016,42(3):61~64.

        [6] 米一博,石紅瑞.模糊PID算法在溫度對象中的應用[J].石油化工自動化,2016,52(4):29~31.

        PressureVesselControlSystemDesignforRefineryUnitsBasedonPLCandConfigurationSoftware

        ZHANG Qiang

        (CNPCDaqingRefining&ChemicalCompany)

        Having characteristics of pressure vessels in refinery units considered and the PLC and configuration technology based to design pressure vessels’ auto-control system was implemented, in which, having S7-200 PLC selected as the slave computer, the I/O address allocated and the control flow designed and the control algorithm established so as to control refinery units; and having HMI drawn and the real-time data, historical data and alarm records displayed in Realinfo configuration software. The co-debugging results verify effectiveness of this system designed.

        parameter control, pressure vessel, S7-200 PLC, Realinfo configuration software

        張強(1984-),工程師,從事煉化企業(yè)化工過程機械和壓力容器的設計工作,1784824522@qq.com。

        TH865

        A

        1000-3932(2017)06-0528-03

        2016-11-05,

        2017-03-25)

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