十五万吨焦油蒸馏控制系统分析

焦化厂15万吨焦油加工控制系统,采用冗余西门子S7-400控制系统。该系统由相互可替换的操作站、强大的关系型分布式数据库支撑平台、高可靠大容量冗余的过程控制站、PROFIBUS过程现场总线技术的分散型I/0等子系统组成,提高了系统的控制效果、产品产量与质量。
  关键词:焦油加工 控制系统 产量与质量
  1引言
  焦化厂15万吨焦油加工属于公司重要的技改项目之一,于2005年2月28日顺利投产。按照工艺可划分为:焦油蒸馏、改质沥青、馏分洗涤及酚盐分解、工业萘蒸馏和综合油库等5个工段。整个过程对于艺参数的采集、监控和管理以及电机运行状态均由DCS系统完成。该控制系统采用了西门子的PCS7控制系统。SIMATIC_PCS7是西门子公司结合*先进的计算机软、硬件技术,在西门子公司S5、S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上,面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。投产1年来取得了明显的效果。
  2控制系统选型方案
  由于15万吨焦油加工属国内首次设计,自控技术人员在结合了艺深入了解生产过程、分析工艺流程及工作环境、总结现有的控制经验的基础上,通过调查研究,从合理性、经济性、安全可靠性及可行性等方面反复论证,确定了系统的控制止标及任务,提出了切实可行的总体设计及实施方案,形成了可行的控制系统的总体方案。
  2.1控制系统选型及配置
  通过论证结合焦油加工厂艺的具体特点,控制系统采用西门子PCS7过程控制系统,对操作站、控制站及通讯实行冗余配置,对改制沥青和馏分洗涤及酚盐分解工段的工艺检测及控制项目,通过高速现场总线PROFIBUS-DP通讯,实行远程终端控制。在设计控制方案时,考虑各种安全保护措施、故障诊断与处理、安全连锁、不问断电源等功能。该系统由相互可替换的操作站、强大的关系型分布式数据库支撑平台、高可靠大容量冗余的过程控制站、PROFIBUS过程现场总线技术的分散型I/O等子系统组成。
操作员站及工程师站均采用了戴尔工控机,并配有支持工业以太网的CP1613硬网卡,以分担主机CPU的负荷;控制站采用了功能强大冗余CPU 414-4H,冗余采用事伺:同步技术,处理二进制指令只需0.1μs,冗余的电源PS407及冗余的通讯处理模块CP443-2,控制站与操作员站及工程师站之间配备了冗余的工业交换机ESM,并采用环形网络,使工业以太网通讯速率可以达到100M/s,同时实现网络冗余。控制站与现场I/O之间采用了冗余12M/s现场总线PROFIBUS,I/O模块支持带电插拔。系统配置图如图1所示。

 


  2.2控制系统选型依据
  (1)该DCS控制系统采用西门子PCS7过程控制系统,经过了专业技术人员的论证。
  (2)该系统具有功能强、速度快、稳定性好,能满足焦油加工工艺要求。
  (3)PCS7过程控制系统在安钢多个工程项目上应用,已取得良好的效果。例如二轧厂一、二期加热炉的改造,动力厂锅炉加热系统等。
  (4)具有较高的性能价格比。
  (5)使用冗余自动化系统,旨在降低生产故障的风险。与生产故障所造成的损失相比,冗余自动化系统与日俱增高投资成本相比通常显得微不足到。
  (6)对改制沥青和馏分洗涤及酚盐分解两个工段的工艺检测及控制项目,实行PROFIBUS-DP现场总线通讯远程终端控制,节省了大量的控制电缆,不但节约了投资,同时也提高了仪表工程的施工进度。
  3 PCS7控制系统
  安钢焦化厂焦油加工控制系统采用西门子PCS7过程控制系统。
  系统配置为冗余的分布式控制系统。
  3.1硬件配置部分
  SIEMENS公司的过程控制器CPU414-4H和分布式I/O ET200M组成系统控制站。SIMATIC S7-400具有多种突出特点,包括模块化、无风扇、坚固的设计、高扩展能力、冗余或非冗余结构、完善的通讯能力、完整的系统功能、简洁的集中或分布式I/O连接等。
  模块为带电可插拔配置,通道隔离,带诊断,适合焦化系统的运行安全。
  冗余系统虽然前期投入较高,但是远低于故障或停产所带来的损失。
监控系统选用戴尔主机,DELL 21英寸纯平彩色显示器构成其工程师站和/操作员站。全系统操作站是联网、协调工作的。系统运转可靠、数据分布合理、操作速度快、人机界面友好、使用方便。
  标准的以太网SIEMENSSIMATICNET工业以太网、PROFIBUS过程现场总线(EN50170)所构成的三级网络的体系结构保证了系统数据通讯的高可靠性、无阻塞和高速度(10-100M)。系统各操作站是全透明、全容错的。它们之间可以实现互相替代。网络部分采用双环容错光纤网络,保证了网络系统数据传输的抗现场干扰能力和高可靠性。
  3.2软件配置部分
  工控机以Windows2000为支撑平台。SIEMENS公司的PCS7TOOLSETV5.3作为下位机控制和上位机监控软件。PCS7WinCC监控软件为西门子和微软公司合作的上位机监控软件。除完成一般性监控软件可以完成的功能外,还可以通过加入各种控件和C脚本编程完成更加复杂的功能。PCS7的运行环境为NT4.0以上,加装中文之星,界面可视化、结构化、易于编程和硬件组态等。
  为了使操作人员及时地掌握整个焦油加工计算机控制系统运行情况,准确地控制系统平稳运行,方便操作,本系统需建立各类监控显示画面,主要包括工艺生产过程总貌、焦油蒸馏、改质沥青、馏份洗涤及酚盐分解、工业萘、综合油库、参数表、趋势、报表、流量累计以及报警显示等画面。
  3.3工作站功能
  在本系统中的工程师/操作员工作站主要完成与下位机的数据交换(数据采集),显示各种已组态好的系统流程画面、参数显示画面、PID控制画面、趋势曲线、报警画面。并具有报警确认、事件记录和报表打印等功能。使工程师/操作员可以及时地了解装置和机组的运行情况,并采取有效的控制,以保证生产稳定地运行。
  4控制方案
  PCS7控制系统通过冗余的PROFIBUS-DP总线带有7个ET200站,2个远程图尔克I/O站,与其所带的设备连接和通讯,并按系统要求完成各自的功能。
  (1)数据采集与显示。将整个焦油加工的热工参数如温度、压力、流量及液位等201个模拟输入量全部集中到中控室显示并记录其历史趋势。
  (2)焦油加工所有的泵或风机的启动只能在现场操作,停止有两种操作方式:现场本地操作或中控室远程操作,其运行状态(运行/停止/故障)通过颜色的变化或闪烁显示于操作界面。开关量输入共计233点,开关量输出123点。
  (3)控制回路33个,主要是温度、流量和液位的控制,其中5个流量采用交流变频控制,节约了能源。
  (4)报警设置和报表打印。有轻报警发生时,报警区域黄色闪烁;有重报警发生时,报警区域红色闪烁且鸣笛,警示操作员注意,等待处理以保证安全生产。
  5运行效果
  15万吨焦油加工计算机控制系统新技术应用具有技术先进,自动化水平高,操作简便,运行稳定可靠,经济效益显著等特点,在国内具有推广价值。

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