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新一代控制系统在制浆造纸行业的应用

--新一代控制系统在制浆造纸行业的应用

供稿:工控网 2010/3/25 16:12:00

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  • 关键词: HONEYWELL PKS 制浆造纸
  • 摘要:制浆造纸行业工艺规程复杂、多样,对系统和设备都有着较高的要求,尤其对系统来说,其可靠的稳定性和较高的灵活性是保证生产工艺顺利进行的前提,在森博一期30万吨项目中,采用了HONEYWELL TPS开放型分布过程控制系统,其完善的诊断、组态工具、模块化的软硬件结构,完全满足了系统的连续性和稳定性要求。在二期扩建的100万吨浆项目中,我们再次采用HONEYWELL新一代控制系统PKS(Process Knowledge System),到目前为止,森博的木片输送、给水及污水处理已进行了应用和实践,下面将逐一介绍新一代控制系统的结构、布局和控制方案。

      制浆造纸行业工艺规程复杂、多样,对系统和设备都有着较高的要求,尤其对系统来说,其可靠的稳定性和较高的灵活性是保证生产工艺顺利进行的前提,在森博一期30万吨项目中,采用了HONEYWELL TPS开放型分布过程控制系统,其完善的诊断、组态工具、模块化的软硬件结构,完全满足了系统的连续性和稳定性要求。在二期扩建的100万吨浆项目中,我们再次采用HONEYWELL新一代控制系统PKS(Process Knowledge System),到目前为止,森博的木片输送、给水及污水处理已进行了应用和实践,下面将逐一介绍新一代控制系统的结构、布局和控制方案。

  二期工程的硬件结构及工艺组成
  森博二期100万吨浆项目规模浩大,总项目I/O点数达1万多个,Profibus I/O点数达2万多个,原本的结构已经远远跟不上产量的要求。现在将原来的生产车间进行扩充,将原来的制浆车间与化学品车间分开,碱回收车间与动力车间分开,进行独立控制又相互通讯连接,更高的实现了集成化,提高了生产效率。
  第一套PKS用于制浆车间和化学品车间。制浆车间主要职能是将采购来的木片经过筛选、蒸煮、洗浆、漂白等工段,生产出合格的漂白化学浆,化学品车间利用外购液氯、精盐水、液态二氧化硫生产二氧化氯水溶液和二氧化硫水溶液,供硫酸盐木浆漂白使用。该系统包括浆线、化学品等。其中化学品4台CE、4台C,木片处理2台C,用LEVEL 2 FTE LAN1连接。
  第二套PKS用于浆板车间。浆板车间将制浆车间来的浆,经过压力筛过滤掉残渣后入流浆箱,随后三重压榨后成型。
  第三套PKS用于碱回收车间。碱回收车间把制浆来的稀黑液经蒸发工段变成浓黑液,并生成二次蒸汽。浓黑液经碱炉燃烧产生熔融物,再回收利用,并处理制浆过程中所产生的污染气体。该车间包括蒸发一台CE、两台C,苛化、碱炉和石灰窑分别都是一台C、两台CE,通过LEVEL 2 FTE LAN2 连接。
  第四套PKS用于动力车间。动力车间主要是为全公司生产提供电力及蒸汽。系统包括锅炉、汽轮机、化水和污水处理。除污水是有一台CE外,其余均为一台CE和一台C,用LEVEL 2 FTE LAN3连接。
  此外,森博二期系统还特设虚拟训练系统,包括一台教师用PC机和两台学生用PC机,由以太网与DCS虚拟服务器连接。同时安装了硬件C300系列训练系统,同样连接到以太网络,与PC机配合,可提高新进人员的组态与编程能力,同时避免了真机操作可能引起的误操作对生产造成的影响。

  EPKS控制策略的组态及功能
  PKS所用的组态工作室软件为Configuration Studio,是一种单一化、集成化的全新系统组态环境,避免了组态工作的混乱,从而改进了组态效率。它将所需要的组态工具集成在组态工具室中,可以在一地对所有服务器进行组态工作。
  Control builder 设计控制策略,生成控制策略的文档,提供功能块的算法库,可实现所有逻辑、顺序、串级控制,支持批量设计并可以在线监控,改变控制参数。此外,它支持远程访问,而多个用户也可在不同工作站上同时组态,增强了灵活性和工程的生产力。
  C300 控制器硬件,CEE及C系列I/O卡件组态。首先从下拉菜单中选择添加控制器,之后输入细节信息,如控制器名称,设备索引地址,是否选择冗余结构等信息,此处不再一一赘述。同样的步骤,我们组态CEE。对IOLINK来说,最重要的是类型的选择,有PMIO及C系列IO可选。

  几种控制模块的设计
  EPKS提供了多种功能块,能完成几乎所有控制要求,如电磁阀控制、变频电机的控制、PID控制、接近开关控制等。而且其增强的功能及所提供的模板块控制工程网版权所有,使在新程序组态时减少大量重复性的工作,工作量相对减少。现以SCM为例,介绍部分功能。
  SCM可以控制生产过程按一定的步骤顺序执行,以完成生产更高一层的自动化、智能化,如锅炉的启动过程,过滤机的水洗过程等等。它主要包括何时执行该条件的条件块、步骤的执行块及跳转块等。需要注意的是条件块和执行块需要交替进行,不允许两个条件块直接连接,而步骤块在R300中是允许直接连接的。在该块中可以对执行的时间进行设置,分为最小等待时间及最长执行时间,后者用来表示在STEP块报警生成前,该块可以执行的最长周期。
  SCM的举例如图1所示。  


  图1 对每个条件可以设置最多10种情况,对每个条件用逻辑门进行连接。STEP块用来执行和输出命令来控制功能块,我们对每个STEP块可以最多定义16个输出命令。

  


  图2 SCM执行图中,可以通过它的各个模块的颜色来读出它的状态。

  SCM执行图中我们可以通过它的各个模块的颜色来读出它的状态,例如,绿色表示该块已经执行输出,蓝色表示条件或者步骤已经完成,黄色表示设定范围超越,红色代表通讯失败(如图2)。
  SCM具有分支和回路功能,支持并行执行,此外,遇到特殊情况而执行的条件和步骤执行块被称作特殊处理块。一个顺序控制模块可以有多个这样的模块,但是在任何时刻,只有一个是可能被执行的,他们的优先级依次为ABORT→STOP→HOLD→RESTART→INTERRUPT→CHECK→MAIN。

EPKS系统服务器的部分组态及功能
  Quick builder。主要作用是用来组态flex和打印机,还有对第三方SCADA进行组态。
  组态及对点进行复制。可以使用两种方式进行组态,第一种是用Quick builder本身,第二种使用EXCEL表格。
  在QUICK BUILDER中点击Point,建立点,更改信息,并选中。在同画面的菜单栏中,选择编辑,并在编辑的下拉菜单中选择复制点。在复制菜单内填入所需复制点数及其他信息,在summary栏下确认信息,点击ok完成。
  HMIWeb Display Builder。利用HMIWeb Display全面集成化的强大功能,我们可以在PKS系统上创建用户画面,并且生成in.htm格式的文件,使用户可以在操作站,甚至是使用服务器在网络上进行连接、查看。系统提供了丰富的图形库协助用户更好更快的进行设计,此外,它还支持用户创建特殊符号,并可以使用脚本程序VBS进行文本编辑,增强了画面的功能,ActiveX组件更使音频文件得以调用。
  画面展示分为四个级别,一级为过程控制区域的总画面,提供了某个过程的整体画面,展现了整个过程的各个部分,设备及流程。二级显示主要操作画面,允许操作员进行基本控制任务。三级提供了更多的控制信息及有关细节,其中包括许多一二级未曾展现的额外信息。四级提供更多支持信息,如启动和关机过程,回路调节显示等等以辅助操作及生成报告。
  Enterprise Model Builder。Enterprise Model是一种可以被工程师、操作员以及管理者用来塑造及监控工厂及工艺过程的框架 ,包括资产模型和报警组两种模型。它打破了传统的平面结构,以树形结构代替,有单独的离线数据库(EMDB)被下载至相应的服务器中。企业模块包括三个服务器,用Configure studio来对其各个组成部分进行定义和组态。企业模型数据库寄附于服务器,服务器作为主机存在。

  PHD系统及应用
  PHD是过程历史数据库,PHD服务器可以同时从来自所有EXPERION SERVER的最多100,000个TAG中收集历史数据,具有比EXPERION 更强大的存储机制,可以对长期历史数据进行存储,用户可以通过客户端随时对全厂生产数据进行查询(如图3)。  


  图3  PHD系统结构图

  EXPERION SERVER收集现场实时数据端口送到RDI服务器,再由它送到PHD服务器。PHD服务器接受实时数据后,生成ARCHIVE文件,历史数据以该文件的形式存储,可以用PHD软件进行查询。UNIFORMANCE用来对所有的点进行组态和系统配置,将PHD和EXPERION进行数据联结后,在EXPRION系统中的点参数会自动作为TAG被添加到PHD中,而当该点从EXPERION系统中被删除后,PHD也就停止对该点历史数据的收集,尽管该点并未从数据库中删除。EXPERION中的一个独立点若有多个参数需要被采集、分析,则PHD也应对应添加多个TAG,如同一对象的压力、流量、液位等等。此外,PHD还支持以RDI为单位进行批量建点及按照属性相似的点进行类似复制,这样大大提高了点组态的效率。最终,对于点的趋势走向可以通过PROCESS TREND进行显示,更利于分析设备动态,发现故障,对生产运行提供了保障。

分布式系统架构
  操作站只能连接到一台服务器上,但是有时操作站需要从另一台服务器上读取数据并进行显示甚至操作。DSA结构(见图4)支持冗余网络及服务器,使这些成为可能,使多台PKS服务器共享数据、信息、历史数值及报警,而不用对非本地服务器的点进行复制。  


  图4 DSA 系统结构图

  当首次读到一个远程点时,本地服务器将向系统查询该点的来源路径及所归属的服务器名称,得到确认后,本地服务器在本地数

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