Honeywell tps 在西鋼6000制氧機的應用

0 前言
　　西林鋼鐵公司6000m3/h空分設備由杭州制氧機集團公司2004年5月成套，工廠設計由北京鋼鐵設計總院設計，于2005年9月2日順利投產出氧，歷時近四年時間的運行表明，該機組運行穩定，各項指標均達到設計值或超過設計值。氧產量6400m3/h，純度99.8%;氮產量13000m3/h;氬產量190m3/h，純度99.999%Ar。其控制系統采用美國 Honeywell 公司的 TPS（Total Plant Solution）集散過程控制系統。
1 6000制氧機 DCS控制系統構成
　　西鋼制氧廠6000制氧機 DCS控制系統采用的是Honeywell公司的產品 TPS（Total Plant Solution）控制系統 ，該產品是世界上最先進的控制系統之一，該系統無論是控制功能、通訊功能 ，還是自診斷功能以及數據處理功能，都處于世界領先地位，廣泛應用于石油化工、樓宇自動化以及航天航空、軍事等領域。
　　1.1 TPS系統配置
　　制氧機 DCS系 統 共 配 備 兩 臺 HPM（High.Performance Process Manager）高性能過程管理站 ，一臺HM（History Module）歷史模件 ，兩臺 GUS（Global User Station）通用操作站。對關鍵部件如 NIM、HPM以及電源部分均采用冗余結構，這樣從整體上提高和加強了系統工作和控制的可靠性 、安全性。這些設備通過 LCN（Local Control Network）局域控制網絡和 UCN（Universal Control Network）通用控制網絡連結起來 ，構成一個性能齊全的集散型控制系統。6000 制氧機 DCS控制系統結構如圖 1所示。

圖 1控制系統結構圖
　　1.1.1 網絡接口模件 NIM（Network Interface Module）提供了 LCN與 UCN之間的通道和接 口，它完成LCN傳輸技術和通訊協議的轉換 ，NIM使得 LCN上的節點可對UCN設備的數據進行讀寫，透過 NIM，程序和數據庫可裝載到 HPM。UCN上的設備產生的報警和操作提示信息也可以上傳到LCN上的各個結點
　　1.1.2 歷史模塊（HM）：可對系統歷史事件、歷史數據及系統文件進行儲存;并有斷點保護（Check Point） 功能可以自動或手動存儲整個系統數據庫,使系統有1 個至少4 h 的系統實時數據庫備份。可在系統停電或故障后,迅速準確地恢復。
　　1.1.3 操作站（GUS）：雙CPU 結構,使得控制網絡與上端管理網完全隔離,保證控制網絡的安全,并同時可對上端管理設備提供完全開放的數據訪問服務。標配內置Ethernet 網卡,提供了上端的管理網接口。還具備工程師站功能。
　　1.1.4 HPM是 Honeywell TPS系統中最主要的數據采集和控制設備，它采用兩個 M6804處理器硬件平臺，用不同的處理器完成不同的任務。HPM具有高度靈活的數據采集輸入輸出的控制功能。整個系統不僅具有各種優化的功能模塊用以完成數據采集和標準的控制功能，同時支持 CL語言，可通過對其編程完成多種復雜的控制和優化控制。
2 CL語言在控制中的應用
　　Honeywell TPS控制系統支持 Honeywell專用的 CL語言所編制的程序。CL程序對編程者不要求很高的編程技巧 ，只要求對控制對象的特性熟悉即可，而且 ，可以在 CL程序中設定操作權限，看到 CL程序的執行狀態。CL程序可用于復雜計算和多重循環的順控程序。CL程序的結構一般由程序名、聲明變量、程序段、步和程序語句組成，用 END結束。在6000制氧機控制程序中有多套 CL程序，下面以分子篩切換控制程序和氧壓機起車程序為例說明CL程序的應用。
　　2.1分子篩純化器自動控制系統
　　分子篩吸附器是二組（只）立裝的圓柱形容器，每只容器中均充有分子篩吸附劑。兩組（只）分子篩吸附器MS1201、NS1202是交替工作的，即當一組（只）吸附器運行在吸附工作狀態時，另一組（只）則運行在再生狀態。處在吸附工作狀態的吸附器，通過經過冷卻的原料空氣，當空氣通過分子篩時，空氣中的水份、CO2和碳氫化合物被分子篩吸附，使空氣得到凈化。經過一段時間的吸附，分子篩就得進行再生，使分子篩吸附劑析出水份及CO2等，經過再生的吸附器又可以投入吸附工作，二組（只）吸附器是交替地工作的。
　　2.1.1分子篩吸附器再生過程
　　分子篩吸附器是空分設備的重要設備之一，確保分子篩吸附器安全可靠運行是很重要的，為此必須按照再生過程進行再生工作，一般分子篩吸附器的再生過程為：

圖2 分子篩再生過程
　　2.1.2 CL程序的應用
　　分子篩共有兩段CL程序：
　　1）CLMS（分子篩切換程序）
　　2）CLMSAUTO（分子篩手自動切換程序）
　　下面以分子篩切換程序中啟動時各閥門初始化程序段為例，介紹CL語言的應用
　　LOCAL HC1202A AT NN（1）
　　LOCAL HC1202B AT NN（2）
　　LOCAL HC1202C AT NN（3）
　　LOCAL PIC1206A AT NN（4）
　　LOCAL PIC1206S AT NN（5）
　　PHASE INI
　　STEP ONE
　　SET MSAUTO.PVFL=ON
　　OPEN V1201,V1202,V1203,V1204,V1217
　　CLOSE V1205,V1206,V1211,V1212,V1213,V1214,V1215,V1216,V1218
　　CLOSE V1207
　　SET HC1202.MODE=MAN
　　SET HC1202.OP=0
　　STEP TWO SET PIC1206.MODE=MAN
　　SET PIC1206.OP=PIC1206A
　　SET MS1201.PVFL,MS1202.PVFL,RPR.PVFL,PR.PVFL,RH.PVFL,JUMP.PVFL,
MSPAUSE.PVFL=OFF
　　在程序中，通過語言來控制各閥門、內部計時器以及分子篩等的初始狀態，整個再生過程必須嚴格按照規定的控制程序和時間、壓力、壓差等條件，以及前一步動作完成之后，有關閥門的開關狀態來進行。
　　2.2 氧壓機起車程序
　　氧壓機的起動必須滿足下列各項起動條件，才能起動，

圖3 氧壓機起車畫面
　　2.2.1 氧壓機起車條件
　　（1） 吸入閥V3301全關;
　　（2） 排出閥V3306全關;
　　（3） 高壓放空閥V3304全關;
　　（4） 中壓旁通閥V3302全開;
　　（5） 高壓旁通閥V3303全開;
　　（6） 混合氣體旁通放空閥V3309全開;
　　（7） 氮氣入口閥V3316全開;
　　（8） 緊急噴氮閥V3315全關;
　　（9） 入口導葉起動位置;
　　（10） 潤滑油壓力在0.25MPa以上;
　　（11） 潤滑油溫度在35℃以上;
　　（12） 密封氮氣壓力正常在0.45MPa以上;
　　（13） 密封氮氣減壓后壓力在200KPa以上;
　　（14） 冷卻水流量在380T/h以上;
　　（15） 電控系統正常;
　　（16） 排煙風扇運轉;
　　（17） 重故障復歸，處于復歸位置。
　　2.2.2 氧壓機起車程序
　　氧壓機起車程序共有兩段：
　　（1）CLREADY 氧壓機啟動前準備
　　（2）CLSTART 氧壓機啟動
　　程序如下：
　　STEP ONE
　　CLOSE V3301,V3306
　　STEP TWO
　　CONTROL V3304
　　SET PCAS3310.MODATTR=PROGRAM
　　SET PCAS3310.MODE=MAN
　　SET PCAS3310.OP=0
　　STEP THREE
　　SETV3302.MODATTR,V3316.MODATTR,V3315.MODATTR,V3318.
MODATTR=PROGRAM
　　SET V3303.MODATTR,V3309.MODATTR=PROGRAM
　　STEP FOUR
　　OPEN V3302,V3316
　　OPEN V3303,V3309
　　CLOSE V3315,V3318
　　在程序中可通過與程序段對應的PM點，對程序的運行情況進行監視，如果在運行的過程中，出現故障，在PM點中，就能夠看到程序停在哪一步，這樣維護人員就能夠迅速鎖定故障目標，及時處理。
　　本系統為氧壓機能夠正常起車而設，只有嚴格按照程序中的步驟執行，才能保證氧壓機安全平穩的啟動。
3 應用體會
　　空分設備的儀控系統是整套裝置的中樞神經，其可靠性直接決定和影響著設備運行的安全性和平穩性。西鋼6000制氧機于 2005年投產，經過將近四年的實際應用 ，我們在DCS的應用上積累了一定的經驗。在6000制氧機設計時，我們做了大量的考察和調研 ，將 DCS控制系統選定為 Honeywell的 TPS系統。該系統采用 Windows—NT操作平臺，人機界面友好，功能齊全，只需用操作鍵盤和鼠標就可實現設備的啟動 、停車 、閥門的開關。另外 ，TPS系統大多采用了冗余技術，使系統的可靠性和安全性上升了一個檔次。不足之處是組態比較繁瑣，系統軟件和應用軟件全部為英文，不易讀懂，給維護和開發工作帶來了一定的難度。
　　西鋼6000 制氧機從 2005年投產至今已運行四年有余，從設備技術的先進性到控制系統的可靠性都達到了令人滿意的效果。