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数字化离线控制技术在大型焦化企业的应用

供稿:工控网 2014/6/23 9:10:00

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一、引言现代焦化企业,特别是大型焦化企业,其复杂程度越来越高,对这样的复杂工艺的操作、控制和检修的要求也越来越高。传统的DCS由于其信息只限于过程测点,造成大量设备管理信息和维修信息的缺失,因此很难对工艺的优化操作、优化检修起到有效的指导作用。基于数字化离线控制技术的仪控系统,凭借其强大的现场总线支持功能和日益丰富的智能仪表和设备,将传统DCS信息采集、诊断监控范围大大扩展,从而可以有效地获取现场设备的管理和维修信息,通过高速通信网络,这些信息可以送到SIS等上层软件,对企业的优化操作和优化维修进行进一步的指导。本文将重点介绍济南钢铁集团总公司焦化厂,并结合该厂在数字化离线控制技术方面的应用,对数字化离线控制技术做初步探讨。
  
二、济钢焦化厂简介位于山东济南的济钢焦化厂隶属于济南钢铁集团总公司,始建于1958年7月,现有职工1440人,年产焦炭280万吨。除为济南钢铁股份有限公司生产提供冶金焦炭外,还生产煤焦油、工业萘、焦化甲苯、焦化二甲苯、硫酸铵、混合油、洗油、煤沥青、焦炉煤气等20余种化工产品。济钢焦化厂生产系统包括5座 JN43-80型焦炉、两座JN60-6型 焦炉,以及配套的备煤、干熄焦和化产回收与精制系统。济钢焦化厂始终致力于焦化工艺技术的进步,不断探求新技术、新装备在焦化工艺中的应用。在生产操作上广泛的采用了集中控制技术。备煤、炼焦、干熄焦、化产回收、制冷等系统的操作全部采用计算机远程操作,重要生产数据的产生,推焦计划的编制均由计算机控制,有效的降低了劳动强度,提高了生产操作的准确性。该厂自动化系统范围涵盖传统意义上的DCS、DEH、变送器、智能高中压配电系统、智能低压配电系统、电磁阀、阀门定位器、电动执行机构、MIS、SIS及主控室设计。仪控系统中DCS系统大量采用了PROFIBUS现场总线技术及HART协议,通过现场总线等方式,将智能仪表、执行机构、高低压智能保护装置及电磁阀等接入主DCS,同时现场设备的管理,设备维修信息等通过现场总线进入DCS和上层SIS、MIS软件,从而实现了生产工艺的优化及优化维修管理,使整个系统实现了集中控制。
  
三、系统配置系统共分三个层次,即:操作管理层、过程控制层和现场设备层。操作管理层集成了SIS、MIS和ERP功能,通过实时监控整个系统的运行状况和设备的状态,能实现数据归档管理、设备状态检修管理、报表管理等。过程控制层包括多对冗余的控制单元DPU、工业通讯网络等,DPU实现对系统的控制和协调,并提供与管理层和现场智能设备层的接口,现场设备层包括远程智能I/O,带PROFIBUS总线接口的智能设备,如:执行机构、变送器、智能控制器等。操作管理层与过程控制层通过高速工业以太网相连,过程控制层与现场设备层通过PROFIBUS现场总线相连,通讯速率可达100M。
  
1、系统配置特点DCS系统包括6000余个模拟量输入、模拟量输出点382个,流量计输入点265个,开关量输入860个,开关量输出420个,这些信号中采用常规信号的,通过ABB的AC800F远程I/O进行采集并通过PROFIBUS-DP与DPU相连,采用HART协议的仪表通过HART协议与远程I/O通讯。除此而外,整个系统包括320个电磁阀、300个阀门定位器、200多台气(电)动执行机构,这些智能设备均通过PROFIBUS-DP与DPU相连。DCS与现场设备的连接方式根据距离和环境有两种,即光纤连接和屏蔽双绞线连接。
  
2、使用数字化离线操作技术带来的好处济钢焦化厂使用数字化离线控制技术带来的好处可以归纳如下:
在技术层面上,由于在DCS系统中采用现场总线PROFIBUS,PROFIBUS的屏蔽双绞线和光纤大大提高了系统信号的抗干扰能力,提高了系统整体可靠性,同时现场总线的使用,也使得从热工过程到系统的信号转换环节减少,系统整体精度提高;另外现场总线预制电缆的使用,大大减少了传统手工作业的镙钉端子数量,从而提高了系统的整体安全性。在运行层面上,由于采用PROFIBUS现场总线系统,系统的监控范围从传统的系统端子排扩展到全厂,真正实现了全厂监控,同时由于可方便采集设备的管理、诊断及维修信息,使系统具有完善有效的设备诊断功能,真正实现现场设备的远程编程和维护,真正实现了全厂数据的集中管理,使设备的状态检修成为可能,提供更多的设备信息使操作和维护得到优化。
  
四、小结使用数字化离线控制技术后,由于大量设备管理信息(如设备KKS编号、设备版本号等)及设备诊断维修信息(如设备故障状态、设备累计运行时间、设备累计启停次数等)通过现场总线进入DCS并进一步到上层SIS等软件,因此对DCS提出了新的要求。基于现场总线的控制系统,因其在系统设计方面重点考虑了对现场总线的支持(如集成接口等)和更多信息的处理(如1000M网络,大容量冗余服务器技术等)能够满足数字化企业技术上的要求。数字化离线控制技术,其核心是现场总线技术。PROFIBUS以其开放性、宽广的应用适应性(适合智能仪表和智能电气设备)和广泛的智能设备和仪表支持,获得了快速的发展,在全球已有超过1300万节点。而其新一代产品,基于工业以太网的PROFINET更可将工业以及网延伸到现场设备级。数字化离线控制很重要的组成部分是上层组态及显示控制等应用软件,上位系统只有对通过现场总线送上的各种设备管理和诊断维修信息进行有效处理,才能对整个企业生产的操作运行、管理和维护维修起到指导和促进作用。在济钢焦化厂的数字化离线控制系统投入运行后,其稳定性以及人机界面的友好和丰富的控制功能均比原来的控制系统提高很多,得到了工艺人员和自控维护人员的好评,为实现焦化工艺的稳定运行和周边环境的改善提供了保障。但在这期间也发现了某些问题,以期在后期维护手段跟上的时候进行对此进一步的完善。其一,主控人员的素质。离线控制要求主控人员既要掌握工艺生产的全况,又要了解现场仪表的运行状况,还要熟知计算机操作的基本知识,所以对于主控人员的素质要求较高,短时间内主控人员还不能达到这个要求。其二,现场仪表的可靠性有待检验,全过程离线操作要求现场仪表具有高可靠性及高稳定性,但由于焦化企业环境的特殊性,大部分介质具有强腐蚀性的特点,因此现场仪表的可靠性与否有待检验。总之,济钢焦化厂在成功应用数字化离线控制技术以后,无论从劳动效率、工人的劳动环境方面都较以往有了较大程度的改善,特别是在年产量翻一番的情况下,基本没有增员,创造了同类焦化企业的先河。
信息来源于:自动化系统工程

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