AX-2000集散控制系統(tǒng)在空分制氧氣行業(yè)的應(yīng)用

　　臺塑公司于1985 年成立電子組，與日本富士電機(jī)技術(shù)合作，從事中大型分散式電腦監(jiān)控系統(tǒng)（DCS）軟硬體之設(shè)計與制造，2004年臺塑實現(xiàn)多元化發(fā)展策略，將富士電機(jī)DCS技術(shù)整體收購，成立臺塑電子（寧波）有限公司，由日本、臺灣經(jīng)驗直接移轉(zhuǎn)到大陸，并培養(yǎng)大陸技術(shù)人員，達(dá)成制造本土化，就近服務(wù)客戶。目前臺塑DCS（富士DCS）廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、紙業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、汽電共生、發(fā)電廠等過程。
　　富士電機(jī)于1975年10月發(fā)布DCS系統(tǒng)，是世界上最早研發(fā)出DCS系統(tǒng)的廠家之一。AX-2000集散控制系統(tǒng)是富士的第五代產(chǎn)品系統(tǒng)，是開放的新一代綜合控制系統(tǒng)，智能可靠的Process I／O 單元同時也被橫河的CS3000系統(tǒng)所采用。AX-2000系統(tǒng)具有良好的控制性能、實時靈活的通訊能力、直觀清晰的人機(jī)接口，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，獲得用戶較高評價。
　　東部某大鋼鐵有限公司制氧廠的20000Nm3/h的空分設(shè)備采用了AX-2000系統(tǒng)，從2005年7月投產(chǎn)至今，各項運行指標(biāo)正常。自動化設(shè)計及控制包括空壓機(jī)系統(tǒng)、空冷系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、增壓膨脹機(jī)系統(tǒng)、精餾塔系統(tǒng)、加壓氣化系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)、氧壓機(jī)系統(tǒng)、調(diào)壓站系統(tǒng)，整個空分系統(tǒng)全部由DCS系統(tǒng)控制，基本上實現(xiàn)了中央控制室的集中控制，自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，能滿足設(shè)計要求。
　　1 DCS系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　1．1 AX-2000 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(見下圖)。
　　

　　1．2 系統(tǒng)配置
　　AX-2000系統(tǒng)主要由工程師站（AES）、操作員站（AOS）、數(shù)據(jù)庫站（ADS）和現(xiàn)場控制站(ACS控制器和Process I／O 單元)組成。本套20000Nm3/h空分設(shè)備主要配置工程師站（AES）1臺，操作站（AOS）2臺，數(shù)據(jù)庫站（ADS）2臺，控制接口卡5個，交換機(jī)2臺，冗余ACS控制器一對，各種I／O卡件共計65個以及DCS軟件包等。
　　1．3 系統(tǒng)構(gòu)成
　　(1)操作員站（AOS）
　　操作員站也是研華工業(yè)計算機(jī)，采用WindowsXP操作系統(tǒng)，運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站主要完成以下功能：
　　a． 各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印。主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。
　　b． 通過鍵盤、鼠標(biāo)等人機(jī)設(shè)備，對命令和參數(shù)進(jìn)行修改，實現(xiàn)系統(tǒng)的人工干預(yù)，如在線參數(shù)修改，控制調(diào)節(jié)等。
　　c． 操作員站可以通過授權(quán)更改為工程師站，實現(xiàn)工程師站功能。
　　(2)工程師站（AES）
　　工程師站是研華工業(yè)計算機(jī)或便攜式計算機(jī)，采用windowsXP的操作系統(tǒng)，運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
　　a. 控制策略組態(tài)(包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、控制、算法)，人機(jī)界面組態(tài)(包括系統(tǒng)圖形、報表)和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。
　　b． 現(xiàn)場控制站的下裝和在線調(diào)試，操作員站人機(jī)界面的在線修改。
　　c． 在工程師站上運行操作員實時監(jiān)控程序后，工程師站可作操作員站使用。
　　(3)數(shù)據(jù)庫站（ADS）
　　冗余設(shè)置的數(shù)據(jù)庫站是研華工業(yè)計算機(jī)，采用windows2000SERVER的操作系統(tǒng)，運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
　　a. 檢測系統(tǒng)中所有設(shè)備的報警信息并發(fā)送給操作站，記錄過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)變化信息，系統(tǒng)傳送信息、報警信息及恢復(fù)信息等歷史數(shù)據(jù)記錄功能。
　　b． 具有保存系統(tǒng)操作站畫面定義，位號定義，和AOS的系統(tǒng)程序等其他設(shè)備的備份功能。
　　c． 可以通過網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)打印所有報警、運行操作信息、報表、實時趨勢和歷史趨勢。
　　d. 自動同步系統(tǒng)中各站的時鐘。
　　(4)現(xiàn)場控制站（ACS-2000）
　　現(xiàn)場控制站由ACS控制器、智能的Process I／O 單元、電源單元、現(xiàn)場總線和機(jī)柜組成，采用分布結(jié)構(gòu)設(shè)計，擴(kuò)展性強。冗余設(shè)置的高可靠性ACS控制器具備強大的EI型綜合控制功能，可以方便實現(xiàn)就地維護(hù)和在線下載，運行著工程師站所下裝的控制程序，與操作員站進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)交換；智能的Process I／O 單元完成現(xiàn)場內(nèi)的數(shù)據(jù)采集和控制輸出；電源單元為智能I／O單元提供穩(wěn)定的工作電源；現(xiàn)場總線為主控單元與智能I／O單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供通訊鏈路。
　　2 工藝流程圖
　　

　　3 空壓機(jī)防喘振控制與聯(lián)鎖保護(hù)
　　 ACS控制器具備強大的EI型綜合控制功能，EI控制比例自由設(shè)定使CPU負(fù)荷分散，執(zhí)行效率提高，為空壓機(jī)的自動化控制提供優(yōu)良的系統(tǒng)環(huán)境。喘振是離心壓縮機(jī)的固有特性，由它的特征曲線呈駝峰狀而引起的。防喘振回路采用可變極限流量防喘振控制方案，根據(jù)壓縮機(jī)的人口壓力、出口壓力、人口流量組成防喘振控制算法。空壓機(jī)的流量計安裝在人口位置，為消除四季空氣溫度變化對空壓機(jī)喘振線的影響，增加兩個測量點，即機(jī)組進(jìn)口和出口溫度，進(jìn)行流量的溫度補償，并參與防喘振控制。
　　起動聯(lián)鎖邏輯：只有在相關(guān)的工藝或機(jī)械條件全部滿足后，機(jī)組才能投人運轉(zhuǎn)，因此設(shè)有起動條件邏輯的判斷．通常還包括油壓聯(lián)鎖邏輯(副油泵的自動起動條件)，以及軸振動聯(lián)鎖在起動過程中的解除邏輯，應(yīng)用測振儀的報警倍增功能，讓空壓機(jī)在起動過程中對振動或位移既在安全監(jiān)控范圍內(nèi)又能順利地度過臨界區(qū)，完成起動過程。
　　停車連鎖或卸載邏輯：當(dāng)出現(xiàn)任何一個重要的工藝參數(shù)超限或機(jī)組故障時，將進(jìn)行緊急停車．事故停車后的再起動時．必須經(jīng)人工確認(rèn)。停車邏輯的結(jié)果是電機(jī)停機(jī)，放空閥(或回流閥)快速全打開．主空壓機(jī)人口導(dǎo)葉全關(guān)，增壓機(jī)人口導(dǎo)葉在最小位置。在空分預(yù)冷系統(tǒng)或分子篩系統(tǒng)故障時，聯(lián)鎖動作的結(jié)果是卸載，即放空閥(或回流閥)全開，主空壓機(jī)和增壓機(jī)人口導(dǎo)葉均在最小位置(注意：不是全關(guān)位置)，電機(jī)不停機(jī)。
　　
　　4 空氣預(yù)冷系統(tǒng)自動化控制
　　當(dāng)空冷塔水位穩(wěn)定超高時，空冷塔水位控制閥稍開，水位低時，閥門稍關(guān)，另實現(xiàn)邏輯控制，以防水位高而造成分子篩進(jìn)水。對于預(yù)冷系統(tǒng)對空冷塔上、下段進(jìn)水量實現(xiàn)高低報警提示；對于水冷塔低液位、空冷塔高液位實現(xiàn)聯(lián)鎖停常低溫水泵，空壓機(jī)放空閥及防喘振閥打開卸壓，空壓機(jī)輕載，及時實現(xiàn)保護(hù)作用，避免分子篩進(jìn)水。
　　
　　5 分子篩純化系統(tǒng)自動化控制
　　分子篩純化系統(tǒng)通過AX-2000的順控功能來控制各切換閥門的動作實現(xiàn)分子篩純化系統(tǒng)的降壓、加熱、吹冷及升壓4個步驟。各切換閥門均由三位五通電磁閥控制。分子篩純化系統(tǒng)是成對交替使用的，一只工作，另一只再生。本系統(tǒng)控制要點在于避免因閥門的開、關(guān)反饋信號不到位而延誤分子篩純化系統(tǒng)時間程序控制器的延時，分子篩純化系統(tǒng)控制中設(shè)計有閥門開、關(guān)反饋信號屏蔽點。在不耽誤程序控制器控制程序的情況下，操作人員可在屏蔽掉閥門的反饋信號后即時處理閥門的開關(guān)位置，恢復(fù)正常的控制程序。
　　
　　6 膨脹機(jī)系統(tǒng)自動化控制
　　增壓膨脹機(jī)采用一用一備，通過控制膨脹機(jī)噴嘴開度和流閥，從而控制其轉(zhuǎn)速。并根據(jù)軸承溫度、轉(zhuǎn)速、供油壓力、密封氣壓力等聯(lián)鎖值實現(xiàn)膨脹機(jī)的緊急切斷閥關(guān)閉，回流閥全開，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速下降，從而達(dá)到聯(lián)鎖停膨脹機(jī)的目的。
　　
　　7 監(jiān)控畫面
　　通過DCS系統(tǒng)的畫面組態(tài)功能，可在操作站上監(jiān)控以下畫面：
　　(1) 總貌窗口畫面：通過顏色變化和閃爍來代表設(shè)備的操作狀態(tài)，簡單地操作顏色塊就可顯示相應(yīng)的窗口。
　　(2) 流程圖窗口畫面：可實現(xiàn)真正的工藝流程，表征實際設(shè)備的狀態(tài)。
　　(3) 控制窗口畫面：通過軟件的功能塊組態(tài)成儀表面板圖，顯示設(shè)定值、操作輸出值和狀態(tài)信息。每個控制窗口畫面可以顯示16個儀表圖。
　　(4) 調(diào)整窗口畫面：顯示單個儀表的詳細(xì)狀態(tài)信息，包括參數(shù)清單、儀表圖。
　　(5) 趨勢窗口畫面：顯示某個工位參數(shù)的趨勢記錄。
　　(6) 狀態(tài)顯示窗口：可在操作站（AOS）上顯示以下畫面：控制圖狀態(tài)顯示窗口；邏輯圖狀態(tài)顯示窗口；順控表狀態(tài)顯示窗口；SFC (順控圖)狀態(tài)顯示窗口。
　　
　　8 結(jié)束語
　　AX-2000系統(tǒng)具有良好的開放性、可靠性、靈活性、人機(jī)交互的友好性、網(wǎng)絡(luò)通信的方便性等優(yōu)點，它滿足了制氧機(jī)對DCS系統(tǒng)功能的要求以及長期、穩(wěn)定、安全、高效的運行要求，獲得用戶較高評價。