十五万吨焦油蒸馏控制

[摘 要]：安阳钢铁股份有限公司焦化厂15万吨焦油加工控制系统，采用冗余西门子S7-400控制系统。该系统由相互可替换的操作站、强大的关系型分布式数据库支撑平台、高可靠大容量冗余的过程控制站、PROFIBUS过程现场总线技术的分散型I／0等子系统组成，提高了系统的控制效果、产品产量与质量。 关键词：焦油加工 控制系统 产量与质量 1引言 安阳钢铁股份有限公司焦化厂15万吨焦油加工属于公司重要的技改项目之一，于2005年2月28日顺利投产。按照工艺可划分为：焦油蒸馏、改质沥青、馏分洗涤及酚盐分解、工业萘蒸馏和综合油库等5个工段。整个过程对于艺参数的采集、监控和管理以及电机运行状态均由DCS系统完成。该控制系统采用了西门子的PCS7控制系统。SIMATIC_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。投产1年来取得了明显的效果。 2控制系统选型方案 由于15万吨焦油加工属国内首次设计，自控技术人员在结合了艺深入了解生产过程、分析工艺流程及工作环境、总结现有的控制经验的基础上，通过调查研究，从合理性、经济性、安全可靠性及可行性等方面反复论证，确定了系统的控制止标及任务，提出了切实可行的总体设计及实施方案，形成了可行的控制系统的总体方案。 2．1控制系统选型及配置 通过论证结合焦油加工厂艺的具体特点，控制系统采用西门子PCS7过程控制系统，对操作站、控制站及通讯实行冗余配置，对改制沥青和馏分洗涤及酚盐分解工段的工艺检测及控制项目，通过高速现场总线PROFIBUS-DP通讯，实行远程终端控制。在设计控制方案时，考虑各种安全保护措施、故障诊断与处理、安全连锁、不问断电源等功能。该系统由相互可替换的操作站、强大的关系型分布式数据库支撑平台、高可靠大容量冗余的过程控制站、PROFIBUS过程现场总线技术的分散型I／O等子系统组成。 操作员站及工程师站均采用了戴尔工控机，并配有支持工业以太网的CP1613硬网卡，以分担主机CPU的负荷；控制站采用了功能强大冗余CPU 414-4H，冗余采用事伺：同步技术，处理二进制指令只需0.1μs，冗余的电源PS407及冗余的通讯处理模块CP443-2，控制站与操作员站及工程师站之间配备了冗余的工业交换机ESM，并采用环形网络，使工业以太网通讯速率可以达到100M／s，同时实现网络冗余。控制站与现场I／O之间采用了冗余12M／s现场总线PROFIBUS，I／O模块支持带电插拔。系统配置图如图1所示。 2．2控制系统选型依据 （1）该DCS控制系统采用西门子PCS7过程控制系统，经过了专业技术人员的论证。 （2）该系统具有功能强、速度快、稳定性好，能满足焦油加工工艺要求。 （3）PCS7过程控制系统在安钢多个工程项目上应用，已取得良好的效果。例如二轧厂一、二期加热炉的改造，动力厂锅炉加热系统等。 （4）具有较高的性能价格比。 （5）使用冗余自动化系统，旨在降低生产故障的风险。与生产故障所造成的损失相比，冗余自动化系统与日俱增高投资成本相比通常显得微不足到。 （6）对改制沥青和馏分洗涤及酚盐分解两个工段的工艺检测及控制项目，实行PROFIBUS-DP现场总线通讯远程终端控制，节省了大量的控制电缆，不但节约了投资，同时也提高了仪表工程的施工进度。 3 PCS7控制系统 安钢焦化厂焦油加工控制系统采用西门子PCS7过程控制系统。 系统配置为冗余的分布式控制系统。 3．1硬件配置部分 SIEMENS公司的过程控制器CPU414-4H和分布式I／O ET200M组成系统控制站。SIMATIC S7-400具有多种突出特点，包括模块化、无风扇、坚固的设计、高扩展能力、冗余或非冗余结构、完善的通讯能力、完整的系统功能、简洁的集中或分布式I／O连接等。 模块为带电可插拔配置，通道隔离，带诊断，适合焦化系统的运行安全。 冗余系统虽然前期投入较高，但是远低于故障或停产所带来的损失。 监控系统选用戴尔主机，DELL 21英寸纯平彩色显示器构成其工程师站和／操作员站。全系统操作站是联网、协调工作的。系统运转可靠、数据分布合理、操作速度快、人机界面友好、使用方便。 标准的以太网SIEMENSSIMATICNET工业以太网、PROFIBUS过程现场总线（EN50170）所构成的三级网络的体系结构保证了系统数据通讯的高可靠性、无阻塞和高速度（10-100M）。系统各操作站是全透明、全容错的。它们之间可以实现互相替代。网络部分采用双环容错光纤网络，保证了网络系统数据传输的抗现场干扰能力和高可靠性。 3．2软件配置部分 工控机以Windows2000为支撑平台。SIEMENS公司的PCS7TOOLSETV5.3作为下位机控制和上位机监控软件。PCS7WinCC监控软件为西门子和微软公司合作的上位机监控软件。除完成一般性监控软件可以完成的功能外，还可以通过加入各种控件和C脚本编程完成更加复杂的功能。PCS7的运行环境为NT4.0以上，加装中文之星，界面可视化、结构化、易于编程和硬件组态等。 为了使操作人员及时地掌握整个焦油加工计算机控制系统运行情况，准确地控制系统平稳运行，方便操作，本系统需建立各类监控显示画面，主要包括工艺生产过程总貌、焦油蒸馏、改质沥青、馏份洗涤及酚盐分解、工业萘、综合油库、参数表、趋势、报表、流量累计以及报警显示等画面。 3．3工作站功能 在本系统中的工程师／操作员工作站主要完成与下位机的数据交换（数据采集），显示各种已组态好的系统流程画面、参数显示画面、PID控制画面、趋势曲线、报警画面。并具有报警确认、事件记录和报表打印等功能。使工程师／操作员可以及时地了解装置和机组的运行情况，并采取有效的控制，以保证生产稳定地运行。 4控制方案 PCS7控制系统通过冗余的PROFIBUS-DP总线带有7个ET200站，2个远程图尔克I／O站，与其所带的设备连接和通讯，并按系统要求完成各自的功能。 （1）数据采集与显示。将整个焦油加工的热工参数如温度、压力、流量及液位等201个模拟输入量全部集中到中控室显示并记录其历史趋势。 （2）焦油加工所有的泵或风机的启动只能在现场操作，停止有两种操作方式：现场本地操作或中控室远程操作，其运行状态（运行／停止／故障）通过颜色的变化或闪烁显示于操作界面。开关量输入共计233点，开关量输出123点。 （3）控制回路33个，主要是温度、流量和液位的控制，其中5个流量采用交流变频控制，节约了能源。 （4）报警设置和报表打印。有轻报警发生时，报警区域黄色闪烁；有重报警发生时，报警区域红色闪烁且鸣笛，警示操作员注意，等待处理以保证安全生产。 5运行效果 安钢焦化厂15万吨焦油加工计算机控制系统新技术应用具有技术先进，自动化水平高，操作简便，运行稳定可靠，经济效益显著等特点，在国内具有推广价值。