AX-2000集散控制系統在空分制氧氣行業的應用

　　臺塑公司于1985 年成立電子組，與日本富士電機技術合作，從事中大型分散式電腦監控系統（DCS）軟硬體之設計與制造，2004年臺塑實現多元化發展策略，將富士電機DCS技術整體收購，成立臺塑電子（寧波）有限公司，由日本、臺灣經驗直接移轉到大陸，并培養大陸技術人員，達成制造本土化，就近服務客戶。目前臺塑DCS（富士DCS）廣泛應用于鋼鐵、化工、紙業、學校、醫院、汽電共生、發電廠等過程。
　　富士電機于1975年10月發布DCS系統，是世界上最早研發出DCS系統的廠家之一。AX-2000集散控制系統是富士的第五代產品系統，是開放的新一代綜合控制系統，智能可靠的Process I／O 單元同時也被橫河的CS3000系統所采用。AX-2000系統具有良好的控制性能、實時靈活的通訊能力、直觀清晰的人機接口，系統擴展方便，獲得用戶較高評價。
　　東部某大鋼鐵有限公司制氧廠的20000Nm3/h的空分設備采用了AX-2000系統，從2005年7月投產至今，各項運行指標正常。自動化設計及控制包括空壓機系統、空冷系統、水冷系統、分子篩純化系統、增壓膨脹機系統、精餾塔系統、加壓氣化系統、氧氣系統、氧壓機系統、調壓站系統，整個空分系統全部由DCS系統控制，基本上實現了中央控制室的集中控制，自動控制系統運行穩定、可靠，能滿足設計要求。
　　1 DCS系統配置及網絡結構
　　1．1 AX-2000 DCS系統結構(見下圖)。
　　

　　1．2 系統配置
　　AX-2000系統主要由工程師站（AES）、操作員站（AOS）、數據庫站（ADS）和現場控制站(ACS控制器和Process I／O 單元)組成。本套20000Nm3/h空分設備主要配置工程師站（AES）1臺，操作站（AOS）2臺，數據庫站（ADS）2臺，控制接口卡5個，交換機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 系統構成
　　(1)操作員站（AOS）
　　操作員站也是研華工業計算機，采用WindowsXP操作系統，運行相應的實時監控程序，對整個系統進行監視和控制。操作員站主要完成以下功能：
　　a． 各種監視信息的顯示、查詢和打印。主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數列表顯示、報警監視、日志查詢、系統設備監視等。
　　b． 通過鍵盤、鼠標等人機設備，對命令和參數進行修改，實現系統的人工干預，如在線參數修改，控制調節等。
　　c． 操作員站可以通過授權更改為工程師站，實現工程師站功能。
　　(2)工程師站（AES）
　　工程師站是研華工業計算機或便攜式計算機，采用windowsXP的操作系統，運行相應的實時監控程序，對整個系統進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
　　a. 控制策略組態(包括系統硬件設備、控制、算法)，人機界面組態(包括系統圖形、報表)和相關系統參數的設置。
　　b． 現場控制站的下裝和在線調試，操作員站人機界面的在線修改。
　　c． 在工程師站上運行操作員實時監控程序后，工程師站可作操作員站使用。
　　(3)數據庫站（ADS）
　　冗余設置的數據庫站是研華工業計算機，采用windows2000SERVER的操作系統，運行相應的實時監控程序，對整個系統進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
　　a. 檢測系統中所有設備的報警信息并發送給操作站，記錄過程數據、狀態變化信息，系統傳送信息、報警信息及恢復信息等歷史數據記錄功能。
　　b． 具有保存系統操作站畫面定義，位號定義，和AOS的系統程序等其他設備的備份功能。
　　c． 可以通過網絡打印機打印所有報警、運行操作信息、報表、實時趨勢和歷史趨勢。
　　d. 自動同步系統中各站的時鐘。
　　(4)現場控制站（ACS-2000）
　　現場控制站由ACS控制器、智能的Process I／O 單元、電源單元、現場總線和機柜組成，采用分布結構設計，擴展性強。冗余設置的高可靠性ACS控制器具備強大的EI型綜合控制功能，可以方便實現就地維護和在線下載，運行著工程師站所下裝的控制程序，與操作員站進行通訊，完成數據交換；智能的Process I／O 單元完成現場內的數據采集和控制輸出；電源單元為智能I／O單元提供穩定的工作電源；現場總線為主控單元與智能I／O單元之間進行數據交換提供通訊鏈路。
　　2 工藝流程圖
　　

　　3 空壓機防喘振控制與聯鎖保護
　　 ACS控制器具備強大的EI型綜合控制功能，EI控制比例自由設定使CPU負荷分散，執行效率提高，為空壓機的自動化控制提供優良的系統環境。喘振是離心壓縮機的固有特性，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，根據壓縮機的人口壓力、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喘振線的影響，增加兩個測量點，即機組進口和出口溫度，進行流量的溫度補償，并參與防喘振控制。
　　起動聯鎖邏輯：只有在相關的工藝或機械條件全部滿足后，機組才能投人運轉，因此設有起動條件邏輯的判斷．通常還包括油壓聯鎖邏輯(副油泵的自動起動條件)，以及軸振動聯鎖在起動過程中的解除邏輯，應用測振儀的報警倍增功能，讓空壓機在起動過程中對振動或位移既在安全監控范圍內又能順利地度過臨界區，完成起動過程。
　　停車連鎖或卸載邏輯：當出現任何一個重要的工藝參數超限或機組故障時，將進行緊急停車．事故停車后的再起動時．必須經人工確認。停車邏輯的結果是電機停機，放空閥(或回流閥)快速全打開．主空壓機人口導葉全關，增壓機人口導葉在最小位置。在空分預冷系統或分子篩系統故障時，聯鎖動作的結果是卸載，即放空閥(或回流閥)全開，主空壓機和增壓機人口導葉均在最小位置(注意：不是全關位置)，電機不停機。
　　
　　4 空氣預冷系統自動化控制
　　當空冷塔水位穩定超高時，空冷塔水位控制閥稍開，水位低時，閥門稍關，另實現邏輯控制，以防水位高而造成分子篩進水。對于預冷系統對空冷塔上、下段進水量實現高低報警提示；對于水冷塔低液位、空冷塔高液位實現聯鎖停常低溫水泵，空壓機放空閥及防喘振閥打開卸壓，空壓機輕載，及時實現保護作用，避免分子篩進水。
　　
　　5 分子篩純化系統自動化控制
　　分子篩純化系統通過AX-2000的順控功能來控制各切換閥門的動作實現分子篩純化系統的降壓、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。分子篩純化系統是成對交替使用的，一只工作，另一只再生。本系統控制要點在于避免因閥門的開、關反饋信號不到位而延誤分子篩純化系統時間程序控制器的延時，分子篩純化系統控制中設計有閥門開、關反饋信號屏蔽點。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位置，恢復正常的控制程序。
　　
　　6 膨脹機系統自動化控制
　　增壓膨脹機采用一用一備，通過控制膨脹機噴嘴開度和流閥，從而控制其轉速。并根據軸承溫度、轉速、供油壓力、密封氣壓力等聯鎖值實現膨脹機的緊急切斷閥關閉，回流閥全開，膨脹機轉速下降，從而達到聯鎖停膨脹機的目的。
　　
　　7 監控畫面
　　通過DCS系統的畫面組態功能，可在操作站上監控以下畫面：
　　(1) 總貌窗口畫面：通過顏色變化和閃爍來代表設備的操作狀態，簡單地操作顏色塊就可顯示相應的窗口。
　　(2) 流程圖窗口畫面：可實現真正的工藝流程，表征實際設備的狀態。
　　(3) 控制窗口畫面：通過軟件的功能塊組態成儀表面板圖，顯示設定值、操作輸出值和狀態信息。每個控制窗口畫面可以顯示16個儀表圖。
　　(4) 調整窗口畫面：顯示單個儀表的詳細狀態信息，包括參數清單、儀表圖。
　　(5) 趨勢窗口畫面：顯示某個工位參數的趨勢記錄。
　　(6) 狀態顯示窗口：可在操作站（AOS）上顯示以下畫面：控制圖狀態顯示窗口；邏輯圖狀態顯示窗口；順控表狀態顯示窗口；SFC (順控圖)狀態顯示窗口。
　　
　　8 結束語
　　AX-2000系統具有良好的開放性、可靠性、靈活性、人機交互的友好性、網絡通信的方便性等優點，它滿足了制氧機對DCS系統功能的要求以及長期、穩定、安全、高效的運行要求，獲得用戶較高評價。