DCS控制系统在液化天然气生产中的应用.pdf

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DCS控制系统在液化天然气生产中的应用
控制部分采用PLC560处理器,采用双CPU冗余工作模式,即两块 PLC模块同时在线运行,一块处于主控模式,另一块处于热备模式, 拥有主控模式的PLC具有输出控制权,而热备PLC则只进行数据采 集和通信,但输出被禁止,一旦主控PLC出错,热备PLC自动获得 主控权,实现PLC的无扰切换,提高了系统的可靠性。紧急停车系 统(ESD)是控制生产过程中,处理出现的各种跳车情况,保证生产 安全,并通过RS485串行接口将数据传输到DCS中。消防系统(FGS) 负责监控全站的消防系统,监测火灾,控制各种消防设备的运行。储 槽数据采集系统(TGS)是负责储槽温度、液位和密度的数据釆集, 并将数据传输至DCS中。 未器 SCA300操作站 RSnA HS212 RS48E TD TaS PLCs to 60 SClID/ESD FSCI ID/FGS EU7金桥一 RS485 /0 RENTE t/DLL I/0 StFB TO LNITSO 图一 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 、PLC5/60处理器双CPU冗余工作模式的实现。 木系统冗余系统是通过提高处理器的数量来增加系统稳定性,减 少因设备故障带来的损失。该系统使用1785-BCM备份通信模块实现 处理器冗余工作系统,同时使用1785-BEM备份扩展模块对系统通信 口进行扩展。该冗氽系统中,一台主控处理器控制远程IO的操作 台备用处理器监控主处理器,一旦主控处理器发生故障时,备用处 理器取得主控权。正常操作时,主控系统传送远程数据到备用系统中, 所以一旦发生切换时,备用系统(切换后取得主控权)将拥有相同的 数据。远程ⅠO数据通过高速串行连接(HSSL)进行传输(如图二 所示),并且传输独立于应用程序。在整个冗余系统中,1785-BCM 模块的功能如下:在两台处理器之间建立髙速连接,确保备用处理器 的数据与主控处理器的数据同步;允许备用处理器取得系统主控权, 当主控处理器发生电源故障、处理器故障、1785-BCM模块故障、改 变主控处理器的到非运行模式、主控系统更新远程ⅣO数据超时、接 收到切换命令;4K数据缓存;交换主从系统之间的状态信息;自动 传输远程O数据到备用处理器;更换设备无需停机;连接到远程IO 和DH+网络;隔离系统,确保发生故障的系统不能影响另外一个; 诊断信息;备用处理器能够远程编程;使用1785-BEM模块扩展通信 通道。1785-BCM模块能将远程IO数据自动传输至备用处理器中, 但是如果要将数据表中的数据进行同步,则需另外编写程序(如图三 所示)。 主控 主 备 备用 BTW HSSL BTR 处理 1785- 1785- 处理 器 模块 模块 器 图二 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net HSSL 主 PLC5数据表 数据表pLcs 稈传 编程传输 远程L 白动怯 图 四、上位监控软件SCAN3000系统功能和架构 本系统采用 HONEYWELL公司的SCAN3000系统作为上位监控 平台,系统架构如图六所示 Windows nt操作系统 SCAN 3000 服务端软件 客户端软件 网络组件 -控制器接口 Station 点控制计划 -网络服务 Display builder 策略管理 -停车分析 Quick Build 应用程序接口库 -SPQC Network DDe 分支监控 扩展事件存档 -报表书写器 Network aPl 冗余 Excel Data Exchange 服务端软件运行在 Windows NT系统下 图六 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net SCAN3000系统主要功能如下:监控现场运行,报警事件,设备 或操作员登陆事件,历史数据库,趋势及曲线,周期性和事件触发报 表,计划控制,本地或远程连接,实时监控,用户图形界面,复合点 的使用,在线组态通道、控制器和点,在线客户化的报表和趋势图, 冗余系统,操作员登录和安全级控制,API应用程序,控制器接口等。 该系统结构清晰,易于维护;良好的用户界面,便于操作;在线组态 功能,不用停机随时根据工艺要求更改画面、数据库和趋势图;支持 网络访问,便于木地和远程数据交换;系统冗余功能,提高系统稳定 性;划分操作员操作范围,减少误操作;用户安全管理,提髙系统安 仝性等。保障生产顺利进行,提高了监控和管理水平 五、过程控制在生产中的应用 在生产过程中,人们一直试图利用改变一些对生产过程影响的种 种扰动,以控制目标值的恒定,PID控制理论从此应运而生。在过程 控制中,PD控制也一直是众多控制方法中应用最为普遍的控制算 法。PID工作基理:由于来自外界的各种扰动不断产生,要想达到现 场控制对象值保持恒定的目的,控制作用就必须不断的进行。若扰动 出现使得现场控制对象值(以下简称被控参数)发生变化,现场检测元 件就会将这种变化记录并传送给PID控制器,改变过程变量值(以下 简称PⅤ值),经变送器送至PⅠ控制器的输入端,并与其给定值(以 下简称SP值)进行比较得到偏差值(以下简称ε值),调节器按此偏差 并以我们预先设定的整定参数控制规律,发出控制信号,去改变调节 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 器的开度,使调节器的开度增加或减少,从而使现场控制对象值发生 改变,并趋向于给定值(SP值),以达到控制目的(如图四所示)。PID 模型的增量控制数学模型可以简单地用下式表示: P(K)=Kple(t)+1/T *o'e(t)dT+T *de(t)/dt 其中P(K)- -PID输出 E(t)-- -偏差 p 比例常数 Ti 积分常数 Td 微分常数 扰动 设定值(sP)一()一偏差(e) PID控制规律 输出值 OUT 调节阀 工艺值 现场过程值(PV) 工艺值 变送器 传感器 图四 当工艺过程较复杂且从控制输入到过程变量输出之间有一段滞 后时间的话,就算对单个回路进行最完善的调整,可能也只能得到缓 慢而不精确的控制。串级回路是一种先进的控制技术,它优于某些情 况下的单个控制回路。串级的意思就是一个回路与另一个回路相串 联。一个串级控制系统,可以看到它很简单,把一个回路嵌入另一个 回路就好了。里面的回路被称作副环,外面的回路被称为主环。为 整个回路的稳定性,副环必须是两个回路中响应最快的那个回路。注 意,通过使用主环的输出,自动产生副环的设定值。一旦串级控制被 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 程序设置并调试好,那么我们只需处理初始设定值和过程变量。串级 回路可当作一个回路,但同时它改进了以前的单回路的工作性能。通 过检査它对外部干扰的响应,可以看到串级控制有其优越性。记住, 副环比主环动作得更快。因此,如果干扰影响了副环中的PV值,那么 副回路的PID运算会在主环受到影响之前修改偏差(如图五所示)。在 使用“串级回路“时,必须注意实际上只有副环切到串级方式,通常, 主环必须处于自动方式。如果把两个以上的回路串联在一起,那么运 行时最外面的回路(主)回路必须在自动方式下,里面的回路在串级 方式下。如果副环脱离了串级方式,那么主环自动变成于动方式。 路扰动 主路扰 主呵路 主路 回路SP 跑把路 机构 tIPY Sp PD主路验出 PID 主路 图五 六、ESD(紧急停车系统) ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求,独立于DCS集散控 制系统,其安全级别高于DCS。在正常情况下,ESD系统是处于静 态的,不需要人为干预。作为安全保护系统,凌驾于生产过程控制之 上,实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时, 不需要经过DCS系统,而直接由ESD发出保护联锁信号,对现场设 备进行安全保护,避免危险扩散造成巨大损失。具有关资料,当人在 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的,当操作人员面临生 命危险时,要在60s内作出反应,错误决策的概率高达999%。因此 设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的,这是作好安全生产 的重要准则。该动则动,不该动则不动,这是ESD系统的一个显著 特点。 为何要独立设置ESD系统呢?当然一般安全联锁保护功能也可 由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立 原则与DCS分开设置,这样做主要有以下几方面原因: (1)降低控制功能和安全功能同时失效的概率,当维护DCS部分 故障时也不会危及安全保护系统; (2)对于大型装置或旋转机械设备而言,紧急停车系统响应速度 越快越好。这有利于保护设备,避免事故扩大;并有利于分辨事故原 因记录。而DCS处理大量过程监测信息,因此其响应速度难以作得 很快; (3)DCS系统是过程控制系统,是动态的,需要人工频繁的干预, 这有可能引起人为误动作;而ESD是静态的,不需要人为干预,这 样设置ESD可以避免人为误动作。 本系统采用霍尼韦尔公司FSC( Fail Safe Control System)系统, 该系统应用于工业生产过程中的安仝控制,主要由微处理器、模块、 和编程软件构成,因此能够很容易广泛的应用到生产过程中。由于该 系统具有可靠的安全性和稳定性,FSC采用冗余配置,系统所有部分 都连续的、实时的运行系统任务和不间断的进行自检,保证故障发生 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 时能及时切到安全状态,防止潜在的危害发生。 七、FGS(消防系统) 本消防系统中,主要分成室内消防和生产厂区消防两大部分。包 括火焰探测,气体泄漏探测,火灾髙温探测,LNG泄漏低温探测, 烟雾探测,现场紧急玻瓌按钮,泡沬系统,干粉系统,惰性气体系统, 消防水喷淋系统等组成部分,同时配备消防水泵和柴油发电机,确保 工厂消防安全。该系统控制系统也由霍尼韦尔公司FSC( Fail safe Control System)系统构成。 其他部分 现场仪表:采集4-20mA信号至DCS中 TGS:储槽数据采集系统,包含温度、液位和密度数据。 就地盘:随设备一起提供的控制系统,主要有压缩机、汽化 器和氨再生等几部分。 ●RTU:将生产数据传输至公司调度中心。 九、结束语 10 C1994-2008ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

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