过程控制

高压聚乙烯控制系统解决方案
 
  方案概述
  高压聚乙烯装置采用德国IMHAUSEN专利,以乙烯为原料,氧气作引发剂,采用一热三冷四点进料的管式法反应,整套装置具有工艺过程复杂、联锁多、工艺条件苛刻、不易操作等特点。反应设定温度为310℃,反应压力为210~270MPa,反应压力的改变,立刻对反应速度产生影响,反应聚烈时,温度由250℃升至350℃只需一秒钟的时间;装置风送系统分为5个工段,共有16个料仓,要求工段连续送料和倒料时,风机的启停和切换、多路阀的换向、旋转阀的启停、下料阀的开关全部实现自动化。基于此工艺条件及安全问题,本控制系统采用西门子的新一代控制系统SIMATIC PCS7,将原控制系统改造为DCS+ESD联合控制系统。控制系统包含17个机柜、八个控制站、八个操作站、一个辅助操作台,一个就地PLC站和一个触摸屏。
  主要内容
  具体改造方案如下:
  (1) 主要采用分散型控制系统(DCS)实现整个生产过程模拟信号的常规控制、监视报警和报表打印及生产管理。
  (2)控制器实现与反应器有关的重要的需要快速响应的紧急停车联锁,独立于DCS,并能与DCS进行数据通讯;完成原控制系统EP1(保护高压分离器)、EP2(保护反应器)及EP3(预防反应器故障)功能。扫描周期为50ms。
  (3)控制器实现机泵联锁和与DCS进行数据通讯的功能。完成原控制系统EP4(反应器热备用程序)、EP5-EP7(压缩机安全程序)等联锁功能。扫描周期小于100ms。
  (4) 采用一套相对独立的反应器控制系统(RCS)对反应器进行压力控制,完成装置开车和正常运行阶段对脉冲阀的控制。扫描周期为10ms。
  (5)装置风送系统全部控制功能在单独的控制器内实现,扫描周期100ms。
  (6)装置的事件顺序记录(SOE)在单独的控制器内实现,SOE的扫描周期1ms。
  (7)反应器温度点曲线以棒图形式进行实时显示,采用一套相对独立的DCS操作站完成。扫描周期小于10ms。
  系统结构图如下所示:
 
 
  PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术,在西门子公司S5,S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上,面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统,是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统,结合了传统DCS和PLC控制系统的优点,将两者的功能有机的结合在一起。
  控制站采用了功能强大的冗余控制器417H/FH,冗余采用事件同步技术,处理二进制指令只需0.1μs。
系统中的ET200M分布式I/O站配备2个通讯接口单元IM153-2。两块IM153-2模块分别与两条PROFIBUS-DP总线连接,每个站的IM153-2模块通过有源总线底板相互联接,此种网络结构模式保证CPU与I/O站的数据交换在任何情况下都不会中断。ET200M分布式I/O插在有源总线模板上,保证I/O卡件可带电插拔。
  控制站与操作员站及工程师站之间配备了工业交换机OSM,并采用环形网络,使工业以太网通讯速率可以达100M/S,同时实现网络冗余。快速交换式工业以太网在工业以太网的通信协议基础上,将通信速率提高到了100Mbps。由于采用了全双工并行 (FDX) 通信模式,允许站点同时发送和接收数据,通信速率可提高一倍。在快速以太网上还采用了交换技术。由于普通以太网网段上数据通信阻塞的存在,使得实际通信效率只有40%,采用了全双工并行通信技术和交换技术后,使得网络通信能力得以充分的利用。
  技术特点
  上位部分:
  采用WINCC进行组态。人机界面主要设计有以下内容:
  1、系统工艺流程显示:依据设备系统工艺流程图,按照功能组区域划分。
  2、调节系统、调节画面:回路手操站,调节参数集中显示。
  3、重要参数趋势显示:有实时趋势与历史趋势两种显示。
  4、全局报警显示:系统按照功能区分为若干个报警组,各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方,全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力,或按优先级、报警组过滤查看,并具有全局报警确认。
  5、具有分层结构和简单导航以及固定区域的多窗口设计,方便用户操作。
  6、每一操作员/组可被分配自定义授权,报警过滤/访问控制由过程区域划分,共享自定义功能,可锁定/共享工厂分区,授权访问使用口令,安全功能可应用至每个操作或者对象。
 
 
  下位部分:
  1、本系统通过西门子独有的反编码技术故障安全CPU,PROFISAFE故障安全通信,内置双处理器的智能故障安全I/O模块并且利用DCS与SIS的西门子独特的兼容技术,使得该系统不仅满足SIL3的安全等级要求,同时增强了可操作性及维护性。
  2、通过S7-RED冗余通讯软件,用于驱动 CP1613 通讯卡和控制器冗余链接的驱动程序。保障在冗余控制系统中,互为冗余的 CPU 发生故障切换时,操作员站与控制器间无扰链接。
  3、使用 ADDFEM 高速扫描卡及 GPS TIME SERVER 的时间同步,实现SOE功能,分辨率<1ms。
  4、所有模块均有完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在线插拔功能,保证了系统安全、长时间运行,提高了系统的可用性和可维护性。
  5、使用高速扫描卡及 WINCC 的高速刷新功能实现温峰指示功能。
  6、利用西门子 SCL 语言及独有的 STL 语言,开发若干自定义功能块。
  7、使用ADDFEM高速扫描卡实现LDPE装置压力控制调节,扫描周期只有10ms。
  效益分析
  此套控制方案解决了一高压反应器压力控制容易产生波动、参数设置难以掌握的隐患,使工艺生产准确度大幅提高;解决了风送系统多年来三段至五段无法自动投用和备用风机不能自动切换等问题;解决了出现事故时问题原因分析不清、开停车过程各种参数不直观、联锁放空误动作的安全隐患问题。
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