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項(xiàng)目概述
 ----上海某化工有限公司的前身為原上海某化工總廠，該廠是中國第一座自己設(shè)計(jì)、自己制造設(shè)備和建設(shè)的大型氮肥廠，始建于1961年6月。1995年該公司從BP公司引進(jìn)全套醋酸生產(chǎn)工藝，該套裝置的醋 酸生產(chǎn)工藝采用了BP公司的專利技術(shù)－－一氧化碳、甲醇羥基法合成。依照此項(xiàng)工藝，生產(chǎn)的主要原料是甲醇和一氧化碳，每生產(chǎn)1噸醋酸約需甲醇0.5噸、一氧化碳600立方米，每天需耗費(fèi)一氧化碳8000立方米。
----該套裝置在反應(yīng)后時(shí)產(chǎn)生大量的尾氣，尾氣的主要成份是一氧化碳和其它少量的可燃性氣體。在尾氣的處理上原先廠方采用放空火炬燃燒的方法，這樣一方面廠家要以很高的成本購入一氧化碳而另一方面又要在尾氣處理時(shí)浪費(fèi)大量的一氧化碳（據(jù)估算每小時(shí)燃燒掉的一氧化碳達(dá)2000立方米），同時(shí)也對(duì)環(huán)境有一定的污染。針對(duì)這一情況，上海某化工有限公司決定投資建設(shè)一套尾氣吸收裝置，以提高原料的使用效率，起到節(jié)能、環(huán)保的效果。
----在比較了諸多備選方案后最終選擇以變壓吸附法為原理的尾氣吸收方案。變壓吸附法就是利用吸附劑在各種不同的壓力下對(duì)各種不同的氣體能選擇性吸收的特性，在不同的工藝罐中創(chuàng)造不同的壓力環(huán)境，使吸附劑逐步吸收除一氧化碳以外的氣體，最終能夠輸出純度在99％以上的一氧化碳作為醋酸主裝置的原料氣。
控制系統(tǒng)組成
----在本套裝置的控制系統(tǒng)中，中央控制室內(nèi)配置了1臺(tái)AS416作為主控制器，1臺(tái)用于組態(tài)和編程的工程師站，1臺(tái)用于監(jiān)視和控制整個(gè)流程的操作員站。控制器與工程師站、操作員站之間以PROFIBUS FMS連接。在現(xiàn)場設(shè)備部分運(yùn)用了先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，變送器、閥門定位器與控制器之間的通信全部以總線方式進(jìn)行而不再以傳統(tǒng)的 4～20mA方式傳送數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)場有防爆要求，因此上述設(shè)備通過PROFIBUS PA連接。 總共配有20臺(tái)Profibus-PA 總線型壓力變送器，15臺(tái)Profibus-PA總線型差壓變送器，5臺(tái)Profibus-PA總線型溫度變送器和25臺(tái)SIPART PS2總線型閥門定位器。另外在系統(tǒng)中還選用了P＋f 本安型的總線式I/O模塊，用于控制現(xiàn)場防爆區(qū)內(nèi)的68個(gè)程控閥。連接現(xiàn)場 設(shè)備的 Profibus PA總線經(jīng)過IM157 DP/PA接口模塊處理后可與Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)相連，最終再由Profibus DP連接AS 416。 IM157 DP/PA接口模塊與AS416之間的 Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)以光纜方式連接：在AS 416 一側(cè)和IM 157 一側(cè)各使用了一個(gè) OLM （光纜鏈路模塊），兩個(gè)OLM 之間使用兩對(duì)互為冗余的光纜，傳輸距離 約350米。在 Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)上安裝了兩個(gè)ET200M 遠(yuǎn)程I/O站，用于處理非防 爆區(qū)內(nèi)的信號(hào)。項(xiàng)目的系統(tǒng)配置圖如圖1所示：
功能實(shí)現(xiàn)
----PCS7系統(tǒng)是面向工業(yè)過程的分布式的全集成控制系統(tǒng)。它綜合了DCS，PLC及現(xiàn)場總線的技術(shù)。開放式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、開放式操作系統(tǒng)、以及開放式接口使公司范圍也即從生產(chǎn)級(jí)到管理級(jí)的整個(gè)信息系統(tǒng)集成最優(yōu)化。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，可按系統(tǒng)進(jìn)行配置。
工程師站（ES）
----項(xiàng)目中配備一臺(tái)工程師站，工程師站提供將整套裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)傳送至PCS 7，并將它們繪制入對(duì)象如流程圖、報(bào)告、操作畫面等的方法。在工程師站上安裝 PCS 7 Toolset V4.02 軟件，該軟件除包含STEP 7編程軟件外還集成了多個(gè)特殊的用于組態(tài)和編程的軟件包。根據(jù)變壓吸附法收集尾氣的特點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)流程基本可分為順序控制和非順序控制兩部分。在流程中某一工段內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行會(huì)遵循某種相對(duì)固定的規(guī)律，整個(gè)過程周而復(fù)始，這樣的步驟就認(rèn)為是順序控制。而其它無特定規(guī)律的部分就認(rèn)為是非順序控制。針對(duì)這兩種不同類型的控制方式，所用的編程方式也有所不同：
1)連續(xù)功能流程圖 （CFC）
----CFC 編程適用于非順序控制。用CFC編程必需以STEP 7中創(chuàng)建的塊為基礎(chǔ)。通過拖曳的方式可以將所有的塊放在流程圖中，以連線的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。CFC包含一個(gè)組件庫，在這一庫中可以找到許多常用的功能塊，如輸入輸出驅(qū)動(dòng)模塊、PID調(diào)節(jié)模塊、閥門控制模塊等。復(fù)雜功能塊和庫都可以增加，同時(shí)也能用S7語言編制自定義塊，并將它們組合在單個(gè)庫中
2)順序功能流程圖 （SFC）
----SFC 主要用于對(duì)順序控制部分編程。SFC 的組態(tài)就是將順序控制流程分 解成若干個(gè)步位，在每個(gè)步位中設(shè)置該步位應(yīng)進(jìn)行的操作，并在必要時(shí)設(shè)置跳轉(zhuǎn)條件和位置。在本套變壓吸附法尾氣收集裝置中，壓力變換及吸附雜質(zhì)氣體主要通過控制6來實(shí)現(xiàn)，此段流程可以分解為6個(gè)周期共66個(gè)步位，每一步位所進(jìn)行的操作及步位的持續(xù)時(shí)間相對(duì)固定，用SFC編程只需把注意力集中在設(shè)備的狀態(tài)方面。
操作員站 （OS）
----除工程師站以外還配備了一臺(tái)操作員站，操作員通訊與顯示系統(tǒng)以 SIMATIC WinCC （Windows Control Center）為基礎(chǔ)。利用 WinCC 軟件可以將整個(gè)流程及各 部分細(xì)節(jié)以圖形的方式表述，在組態(tài)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況將各種設(shè)備狀態(tài)和儀表讀數(shù)按照工藝區(qū)域劃分為若干幅流程圖，流程圖之間可通過目錄樹的方式自由切換。如果要操作流程圖上的某一設(shè)備，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備圖標(biāo)或設(shè)備位號(hào)就可在彈出的面板上進(jìn)行操作。在操作員站上不僅能對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行圖形化監(jiān)控，還具有報(bào)警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能。流程中每一個(gè)設(shè)備的狀態(tài)、每一個(gè)儀表的讀數(shù)都被記錄在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中，并長期保存。必要時(shí)操作人員可以表格的方式或趨勢(shì)曲線的方式來查看或分析記錄下的數(shù)據(jù)。操作人員還可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況預(yù)先設(shè)定一些參考值（例如液位報(bào)警點(diǎn)），這樣系統(tǒng)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)將當(dāng)前值與設(shè)定指作比較，一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)在操作界面上會(huì)馬上出現(xiàn)醒目的報(bào)警信息并發(fā)出報(bào)警聲，以提醒操作人員處理可能的故障。
在處理完故障后通過報(bào)警歷史記錄功能還能對(duì)故障逐條作出分析。
AS
----選用一臺(tái)AS 416作為主控制器。在AS站上還配置了一塊CP443－5 通訊處理模塊，通過此模塊以Profibus FMS方式連接AS，ES和OS。因要通過Profibus DP 連接各現(xiàn)場設(shè)備，在AS站上配置一塊IM－467 接口模塊作為DP主站。
現(xiàn)場總線
----本套系統(tǒng)現(xiàn)場總線分為兩層分別是Profibus DP 和 Profibus PA。 Profibus DP 是在歐洲乃至全球應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。 Profibus DP 是一個(gè)主站/從站（Master/Slave）總線系統(tǒng)，主站功能由控制系統(tǒng)中的主控制器來完成。主站在完成自動(dòng)化功能（調(diào)節(jié)、控制）的同時(shí)，通過循環(huán)的和非循環(huán)的報(bào)文對(duì)現(xiàn)場儀表進(jìn)行全面的訪問。
----Profibus PA 是 Profibus DP 在保持其通訊協(xié)議的條件下，增加了對(duì)現(xiàn)場儀表而言優(yōu)越的傳輸技術(shù)（例如，現(xiàn)場儀表的饋電通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線在易爆環(huán)境中使用）。也就是說，以 Profibus PA 定義了Profibus DP 的一種演變，它使 Profibus 也可以用于本安領(lǐng)域，同時(shí)保證 Profibus DP 總線系統(tǒng)的通用性，這是因?yàn)镻rofibus PA使用的是Profibus DP協(xié)議。選擇符合 IEC1158－2 的國際化傳輸技術(shù)使得Profibus PA現(xiàn)場安裝技術(shù)有可靠的保證。Profibus PA總線系統(tǒng)的使用使得現(xiàn)場總線技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)也可以應(yīng)用到流程工業(yè)中：
- 測(cè)量變速器、閥門定位器通過一個(gè)串行總線系統(tǒng)（雙線電纜）聯(lián)網(wǎng)
- 通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線向現(xiàn)場儀表供電
- 在 Ex 區(qū)域中應(yīng)用 （防爆種類"本安" Ex [I] ）
----Profibus DP 與 Profibus PA 之間的轉(zhuǎn)換是通過網(wǎng)絡(luò)部件 "DP/PA Coupler" 和 "DP/PA Link"來實(shí)現(xiàn)的。DP/PA Coupler 的作用是將數(shù)據(jù)格式從異步（11位/字符）轉(zhuǎn)為（8位/字符），為此將傳輸速率從45.45 Kbit/s 轉(zhuǎn)換為 31.25 Kbit/s。 DP/PA Coupler 在設(shè)計(jì)、組態(tài)是可認(rèn)為是透明的。同時(shí) DP/PA Coupler 又可作為現(xiàn)場儀表的電源，通過勢(shì)壘（用于防爆）限制饋電 電壓。對(duì)于防爆型的 DP/PA Coupler 最大輸出電流為 100mA。
----DP/PA Link 最多可連接5個(gè) DP/PA Coupler ，它們通過一塊主板作為一個(gè)工作站接于Profibus DP。主板既是上位 Profibus DP （最大速率12 Mbit/s）的一個(gè)從站，又是下位 Profibus PA 各個(gè)分路的一個(gè)主站。這些 PA 分路組成一條邏輯總線。由于報(bào)文長度所限，接于一個(gè) DP/PA Link 上的所有現(xiàn)場儀表的總數(shù)不超過31個(gè)。DP/PA Link 應(yīng)用于對(duì)總線循環(huán)時(shí)間的要求很高和設(shè)備數(shù)量大的場合。
現(xiàn)場設(shè)備和組態(tài)工具
----現(xiàn)場設(shè)備包括壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器和P＋f I/O 模塊。這些現(xiàn)場設(shè)備被分配在13條PA分支上。
----使用SIMATIC PDM 就可方便地將現(xiàn)場技術(shù)的各個(gè)部件接入自動(dòng)化系統(tǒng) 中。SIMATIC PDM 用于Profibus PA 和 HART 模擬模板的現(xiàn)場儀表通用的 參數(shù)化設(shè)計(jì)工具。它可以集成在STEP 7 中使用也可以單獨(dú)使用。
---- 以集成使用方式為例，雙擊硬件組態(tài)程序中的現(xiàn)場儀表符號(hào)便可啟動(dòng)該軟件。在儀表選擇窗口中可以找到所有在SIMATIC PDM 中可供使 用的現(xiàn)場儀表。雙擊某一設(shè)備的圖標(biāo)界面上就會(huì)顯示一份儀表選擇菜單。選擇好儀表類型后便可進(jìn)入設(shè)備參數(shù)表。參數(shù)表的內(nèi)容是由隨現(xiàn)場儀表提供的DDL描述文件決定的。在參數(shù)表中可以更改所有以白色為背景的參數(shù)區(qū)，按實(shí)際要求設(shè)定完各項(xiàng)參數(shù)后再下載到現(xiàn)場儀表存儲(chǔ)區(qū)中，儀表的設(shè)置就完成了。
總結(jié)
----在某化工有限公司醋酸分廠變壓吸附法尾氣收集裝置控制系統(tǒng)中，由于充分利用了總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使得控制系統(tǒng)的復(fù)雜度大大降低，在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)電纜、端子、槽盒、盤柜、橋架的用量大幅度減少，設(shè)計(jì)圖紙與回路校對(duì)的工作量也相應(yīng)減輕。同時(shí)也為系統(tǒng)留下充分的擴(kuò)容余地，今后如需新增現(xiàn)場設(shè)備就不需要再新增電纜。整套裝置于2000年7月順利完成調(diào)試和試運(yùn)行，預(yù)計(jì)不僅每年可為某化工有限公司醋酸分廠創(chuàng)造1000萬以上的經(jīng)濟(jì)效益，而且也將對(duì)環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。
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