陳 勇

國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油儀表管理中心 寧夏 銀川 750411

引言

目前,在工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)基本都是以DCS、PLC為主,兩者都是計算機與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,通過I/O 卡件完成與一次元件和執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)交換。但PLC和DCS 仍存在核心概念的差別,DCS是一個體系,PLC是一個裝置。目前小型的系統(tǒng)大多采用PLC 為主的控制方案,大型則多以DCS為首選。本文主要介紹將我公司沼氣干燥及冰機PLC系統(tǒng)整合接入現(xiàn)有DCS系統(tǒng),最終完成集中操作及分散控制。

一、DCS和PLC區(qū)別

DCS是一個體系,PLC是一個裝置,這是兩者在概念上的根本區(qū)別。

在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)τ诜植际娇刂葡到y(tǒng)(DCS)與可編程邏輯控制器(PLC)兩者孰優(yōu)孰劣的爭論已經(jīng)持續(xù)了至少40年。然而,隨著技術(shù)的發(fā)展,爭論并未停止。例如,DCS體系結(jié)構(gòu)源自一種完整的系統(tǒng)方法,其焦點在于基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分布式控制,協(xié)助作業(yè)人員監(jiān)視并操控工廠中的任何一個區(qū)域。通過高性能的確定性網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一致、同步并且完整的過程數(shù)據(jù)正是DCS體系結(jié)構(gòu)的核心。

另一方面,PLC體系結(jié)構(gòu)聚焦于靈活快速的本地控制,PLC技術(shù)最近的發(fā)展為其增加了過程控制能力。當(dāng)PLC和HMI軟件集成在一起時,其最終形態(tài)看起來與DCS十分類似,但是這仍舊是一種自建(DIY)的實現(xiàn)方法,意味著工程師必須親力親為實現(xiàn)系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)。對于控制來說這種方法更加靈活,但是DIY通常意味著在組網(wǎng)和性能上更大的技術(shù)風(fēng)險,其導(dǎo)致的成本增加會在后期慢慢體現(xiàn)。

二、原有系統(tǒng)介紹及改造方案

隨著化工項目的不斷增加,所使用的控制系統(tǒng)種類繁多,由于供應(yīng)商不同,造成系統(tǒng)間相互獨立,不便于生產(chǎn)操作,在這主要介紹某項目水處理系統(tǒng)的一套整合方案。

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀 某項目水處理主要由浙江中控DCS系統(tǒng)和成套設(shè)備自帶的38套PLC系統(tǒng),主工藝流程操作采用DCS集散控制,加藥系統(tǒng)及各類撬裝設(shè)備采用的西門子PLC200、300、1200等系統(tǒng),存在以下幾個弊端：

(1)目前工藝繁雜,系統(tǒng)相互之間沒有控制關(guān)聯(lián),只能起到顯示作用,造成操作及反應(yīng)不及時。

(2)成套PLC系統(tǒng)供貨廠家因為商業(yè)保密原因,一般程序未開放且不提供密碼用于程序修改,造成后期維護困難,硬件損壞后無法通過更換硬件等方式排除故障。

(3)PLC型號多,卡件類型多樣,需要儲備多種備件,造成備件采購費用高,造成生產(chǎn)成本提高。

2.2 改造的必要性 改造前,我公司的PLC進入了故障多發(fā)期。尤其沼氣壓縮機干燥系統(tǒng),前期干燥系統(tǒng)發(fā)生PLC通訊中斷現(xiàn)象,工藝人員無法監(jiān)控其運行狀態(tài)及參數(shù),由于PLC程序廠商為保護商業(yè)機密將程序加密,不予提供原程序,導(dǎo)致無法用更換硬件的方式排除故障,后采取措施重新敷設(shè)電纜,將工藝需要的監(jiān)測儀表測點引入DCS顯示,暫時滿足工藝需求,避免了一次因PLC硬件故障造成的水處理系統(tǒng)大面積停車。此類事件的發(fā)生,堅定了將成套PLC信號接入DCS控制的決心。

2.3 改造的經(jīng)濟性 因PLC產(chǎn)品進行了損壞周期,PLC卡件類型較多,全部提報備件困難,備品備件費用增大,有些PLC即便有備件,但是由于沒有開源程序及密碼,無法進行更換維修,只能通過成套PLC廠家處理,這類廠家往往報價很高,因為除了供貨廠家其他人員無法處理故障,導(dǎo)致維修制約于人,故障停機時間過長直接經(jīng)濟損失大。

三、改造實施過程

3.1 接入DCS的準(zhǔn)備工作 改造前,對沼氣干燥成套設(shè)備原有硬件進行了梳理,為節(jié)約資用,利用原有現(xiàn)場防爆機柜,重點了考慮DCS與現(xiàn)場防爆柜的連接方法,確定防爆柜到現(xiàn)場電纜類型及長度,UPS電源負載分配等。加強了原有PLC程序控制方案資料的收集、整理、消化和吸收,對原有PLC控制邏輯進行了分析,初步確定如何使用浙大中控DCS實施原西門子PLC的控制功能。

3.2 沼氣干燥系統(tǒng)的工藝流程 沼氣干燥脫水采用外冷卻+吸附脫水兩種相結(jié)合的工藝方式進行沼氣脫水處理。該脫水系統(tǒng)由二個撬塊組成,分別是一級冷凍脫水撬塊和二級分子篩脫水撬塊。一級脫水撬塊主要由制冷壓縮機組(廠家成套提供)、氣氣換熱器、和氣水分離器組成。二級分子篩脫水撬主要由過濾器、分子篩吸收塔、再生電加熱器、再生氣風(fēng)冷卻器、循環(huán)風(fēng)機、再生氣分離器、及相關(guān)附件組成。

3.3 實現(xiàn)DCS控制的方案 沼氣干燥系統(tǒng)硬件部分由西門子PLC、開關(guān)閥、液位計、調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、遠傳溫度計、加熱器、壓縮機組成。由沼氣壓縮機增壓含飽和水蒸氣的沼氣(不含液態(tài)水)進入到一級冷凍脫水撬塊的制冷機組通過制冷劑制冷冷卻,其中部分水蒸氣冷凝成冷凝水,冷卻后的氣體進入氣液分離器,將沼氣中冷凝下來的冷凝水進行分離,氣水分離器液位LT0101與調(diào)節(jié)閥LV0101調(diào)節(jié)閥組成單回路控制方案,用于控制分離器的液位及凝結(jié)水的排出。分離后的氣體經(jīng)過氣氣換熱器與沼氣壓縮機來的氣體進行換熱復(fù)熱后進入吸附塔1工作,吸附塔2進入再生狀態(tài),即先將閥4、2關(guān)閉,閥6、8開啟,然后壓縮機、主、副加熱器啟動,根據(jù)時間和溫度自動進行控制,當(dāng)吸附塔2再生完成后,閥門會進行自動切換另一個塔的狀態(tài)。再生過程析出已被吸附的水分,由流動的高溫干燥氣體帶走至冷卻器,溫度降低至五十度左右,其中的水氣凝結(jié)成水,由氣水分離器分離,再生分離器液位LT0102與LV0102調(diào)節(jié)閥組成單回路控制方案,用于控制凝結(jié)水的排出,這是整個沼氣干燥控制方案,確定控制方案后,在DCS組態(tài)管理軟件6?？刂普局袑φ託飧稍锏目刂七壿嬤M行搭建,搭建完成后下載發(fā)布,先對邏輯進行離線測試。離線測試成功后線進行在線邏輯測試,經(jīng)過測試整個系統(tǒng)能正常運行。

四、結(jié)論

在成套設(shè)備資料并不齊全,改造過程復(fù)雜的不利條件下,經(jīng)過組員的團結(jié)一心,解決了很多改造中的難題,且通過對沼氣干燥系統(tǒng)接入DCS改造,長期避免因成套PLC故障造成停車,有效保證了水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減少非計劃停車次數(shù),節(jié)約了生產(chǎn)成本,DCS統(tǒng)一控制后,便于系統(tǒng)維護及優(yōu)化,減少了現(xiàn)場儀表人員維護工作量。