王剛

摘 要：針對(duì)硝酸機(jī)組的工藝特點(diǎn)及其技術(shù)要求，基于ITCC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了化工機(jī)組生產(chǎn)過程監(jiān)控的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，討論了由現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、ITCC控制級(jí)和HMI監(jiān)控級(jí)三層結(jié)構(gòu)組成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和控制方法。用喘振控制模式、啟停車控制邏輯模式、PID回路控制及轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了機(jī)組控制的目標(biāo)。所完成的控制系統(tǒng)成功的應(yīng)用于10萬噸稀硝酸機(jī)組控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、喘振控制、啟停車聯(lián)鎖邏輯及機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制等功能，取得了明顯的應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：ITCC；ICS T6300；IFIX；MODBUS

引言

TRUSTED ICS是一個(gè)基于三重化處理器的系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所有模塊均能在線熱更換。這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)幾乎可以保持100%在線。

因此，該系統(tǒng)被用來實(shí)時(shí)地處理各種復(fù)雜和危險(xiǎn)的生產(chǎn)過程的控制，接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、PID等各種控制程序，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元。鑒于該系統(tǒng)的特性，應(yīng)用在稀硝酸機(jī)組的監(jiān)控和保護(hù)上顯得非常優(yōu)越，我們公司已經(jīng)成功應(yīng)用了多套，取得了顯著效果。

1 系統(tǒng)概述

1.1 稀硝酸工藝流程簡述

液氨進(jìn)入氨蒸發(fā)器蒸發(fā)經(jīng)氨過熱器到氨空混合器。氨和空氣混合以后進(jìn)入氧化爐生成NO，氮氧化物氣體從吸收塔底部進(jìn)入，工藝水從吸收塔頂部噴淋而下，二者逆流接觸，生成58%-60%的硝酸，在經(jīng)過漂白處理后到酸冷卻器冷卻，進(jìn)入成品酸貯罐，稀硝酸工藝中最核心的設(shè)備是四合一壓縮機(jī)組，正常生產(chǎn)時(shí)通過硝酸自產(chǎn)蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)，由汽輪機(jī)帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)、氧化氮壓縮機(jī)和尾氣透平。該機(jī)組的正常運(yùn)行是保證硝酸生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以，對(duì)該機(jī)組的監(jiān)控和保護(hù)非常重要。

1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)采用TRUSTED ICS雙機(jī)熱備系統(tǒng)和 I/O子站組成控制站， IFIX人機(jī)界面軟件和DELL工控機(jī)組成操作站。形成ITCC系統(tǒng)。系統(tǒng)的整個(gè)構(gòu)成情況如圖1所示。

該ITCC控制系統(tǒng)的ES站和OS站與ICS系統(tǒng)由以太網(wǎng)MODBUS協(xié)議連接，ITCC控制站由一個(gè)主機(jī)架和一個(gè)從機(jī)架組成。主機(jī)框架內(nèi)有CPU（T8110B）模塊，通訊模塊T8151B，轉(zhuǎn)速模塊T8442，從機(jī)框架內(nèi)有AI、DI、AO、DO輸入輸出模塊。主機(jī)框架與從機(jī)框架由一個(gè)延伸電纜連接并通訊。ICS系統(tǒng)提供兩種在線更換的方法，即熱備槽方式和智能槽方式。無論被組態(tài)為熱備槽方式還是智能槽方式，在線更換工作均不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)層和人機(jī)界面控制層兩層網(wǎng)絡(luò)組成。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)層

ITCC控制器通過主從機(jī)架的延伸電纜通訊，向從機(jī)架 I/O站發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。ITCC控制器通過modbus RTU通訊，采集BENTLY 3500儀表的測(cè)振信號(hào)。DCS系統(tǒng)通過ITCC的modbus從站模塊，接收機(jī)組運(yùn)行或狀態(tài)信息。

2.2 人機(jī)界面控制層

ES站和OS站與ITCC的以太網(wǎng)模塊（T8151B）組成局域網(wǎng)，以IFIX的OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)與控制器的通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的監(jiān)控和操作。該控制系統(tǒng)的上位機(jī)采用的是國內(nèi)普遍應(yīng)用的IFIX人機(jī)界面軟件，具有很高的開放性，可以很好的與工廠遠(yuǎn)程調(diào)度或ERP通訊。

3 控制站和操作站

3.1 控制站

ICS T6300控制站所有模塊都采用TMR技術(shù)。Triplex Modular Redundancy，即TMR采用的三重化技術(shù)。三重化電路的輸出信號(hào)在成為系統(tǒng)輸出之前，經(jīng)過一個(gè)三選二的表決處理器。當(dāng)三個(gè)電路中有一路發(fā)生故障，輸出錯(cuò)誤信號(hào)，經(jīng)過三選二表決后該錯(cuò)誤信號(hào)被屏蔽掉，系統(tǒng)仍然輸出正確的信號(hào)（電壓、電流或開關(guān)狀態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)以上的錯(cuò)誤信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并采取措施保護(hù)機(jī)組。系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部故障而對(duì)過程產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、可預(yù)測(cè)的控制，保護(hù)機(jī)組。這是這個(gè)系統(tǒng)的核心。

3.2 操作站

操作站配置DELL工控機(jī)，采用windows xp操作系統(tǒng)，系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)（TCP/IP）連接多臺(tái)操作員工作站。任何一臺(tái)上位機(jī)可同時(shí)接收或發(fā)送ITCC T6300的數(shù)據(jù)，兩套上位機(jī)可組成冗余系統(tǒng)，OS站安裝有IFIX運(yùn)行版軟件，其中ES站安裝有IFIX開發(fā)版軟件和TOOLSET編程軟件，以便工程師開發(fā)或修改組態(tài)畫面或ITCC T6300程序。工程師站可以完成下面工作。

* 應(yīng)用程序組態(tài)

* 系統(tǒng)控制

* 實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)記錄

* SOE記錄

* 報(bào)警組態(tài)和記錄

4 系統(tǒng)功能

利用該系統(tǒng)具有的三重化處理功能對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、監(jiān)視，機(jī)組啟停車聯(lián)鎖控制，防喘振控制，停機(jī)事件記錄SOE功能實(shí)現(xiàn)，機(jī)組轉(zhuǎn)速控制。

5 防喘振功能

防喘振控制系統(tǒng)按照廠家提供的機(jī)組性能曲線（一般都是理論計(jì)算值）參數(shù)進(jìn)行防喘振曲線的設(shè)置，在現(xiàn)場(chǎng)具備條件的時(shí)候做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，來保證機(jī)組防喘振控制的安全性。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目的，是檢驗(yàn)當(dāng)工作點(diǎn)向上一定范圍之內(nèi)的區(qū)域都是安全的。

根據(jù)壓縮機(jī)廠商實(shí)測(cè)的喘振點(diǎn)繪制喘振折線，如圖2所示。

數(shù)學(xué)模型為： h=f（Pd、Ps、Ts）

其中：h為壓差。

Pd為壓縮機(jī)的出口壓力。

Ps為壓縮機(jī)的入口壓力。

Ts為壓縮機(jī)的入口溫度。

根據(jù)喘振線向右移動(dòng)5%-10%，產(chǎn)生防喘振線，給出的現(xiàn)場(chǎng)HMI畫面中的折線就是通過這種方法算出來的。

6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制

6.1 現(xiàn)場(chǎng)與HMI控制切換

根據(jù)實(shí)際情況，可以在HMI對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，如啟機(jī)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速SP上設(shè)定，轉(zhuǎn)速SP下設(shè)定、繼續(xù)、中斷、暖機(jī)到額定、復(fù)位等操作。endprint

6.2 閥門限制器

閥門限制器的作用是用來手動(dòng)或是自動(dòng)打開閥門，用來閥門標(biāo)定用的。

6.3 閥門標(biāo)定

閥門標(biāo)定是在機(jī)組開機(jī)前可以對(duì)閥門進(jìn)行閥位的限制，正常為0-100%，但由于閥門長時(shí)間使用或是現(xiàn)場(chǎng)工況情況，可以把閥門的上限或是下限進(jìn)行限止。比如說5-90%。

6.4 轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定

我們可以輸入一些跟機(jī)組轉(zhuǎn)速有關(guān)的參數(shù)。比如說盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速、第一臨界起始點(diǎn)、第二臨界起始點(diǎn)、額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速的上下限、可控制轉(zhuǎn)速上下限、按鈕轉(zhuǎn)速SP步長、臨界轉(zhuǎn)速SP步長、轉(zhuǎn)速臨界超時(shí)設(shè)定、使能第一臨界、使能第二臨界、使能順序控制、使能超速試驗(yàn)。

每一個(gè)機(jī)組都會(huì)有相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速，機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下時(shí)間越長，軸振動(dòng)就會(huì)大大的增加，對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的影響就會(huì)越大，因此要減少機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下的時(shí)間。從這一理論下，機(jī)組轉(zhuǎn)速在臨界的時(shí)候，臨界時(shí)的SP就會(huì)以成倍的設(shè)定值往上走，這樣，根據(jù)差值和PID的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速就會(huì)隨著快速變化增長，在短時(shí)間內(nèi)越過臨界。

6.5 報(bào)警跳車監(jiān)視

報(bào)警跳車界面主要是監(jiān)視2個(gè)轉(zhuǎn)速探頭。失轉(zhuǎn)或是安裝探頭不正確、第一臨界超時(shí)、第二臨界超時(shí)、超速。

6.6 參數(shù)監(jiān)視

通過參數(shù)監(jiān)視界面能監(jiān)視機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。在第一臨界、第二臨界的時(shí)間，外部聯(lián)鎖動(dòng)作、啟動(dòng)情況。

6.7 轉(zhuǎn)速PID控制

根據(jù)機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速之間的差值，自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。KP和KI據(jù)有上下限，會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的差值大小來自動(dòng)改變PID參數(shù)，從而更精確的計(jì)算，滿足生產(chǎn)需要。保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

6.8 暖機(jī)參數(shù)設(shè)定

機(jī)組在沖轉(zhuǎn)時(shí)或是沖臨界時(shí)，必須要進(jìn)行暖機(jī)。暖機(jī)時(shí)間為機(jī)組廠家指定，在系統(tǒng)上可以設(shè)定。

7 部分程序

部分程序如圖3所示。

8 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用了技術(shù)成熟的ITCC ICS T6300產(chǎn)品和IFIX人機(jī)界面軟件，接口開放，易于向上或向下延伸，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，跳車及生產(chǎn)情況記錄及時(shí)，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示精確度高，目前機(jī)組運(yùn)行接近一年，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，深受用戶好評(píng)。

TRUSTED ICS三重化處理器系統(tǒng)在稀硫酸機(jī)組上的應(yīng)用是成功地，在使用過程中TRUSTED ICS保證系統(tǒng)在內(nèi)部出現(xiàn)故障的狀態(tài)下，仍能正確地執(zhí)行程序。系統(tǒng)所有的模塊均能在線熱更換。這種設(shè)計(jì)使得TRUSTED ICS系統(tǒng)保持100%在線。TRUSTED ICS被用來實(shí)時(shí)地處理各種復(fù)雜和危險(xiǎn)的生產(chǎn)過程的控制，接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、PID等各種控制程序，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

[1]ITCC ICS 學(xué)習(xí)手冊(cè)[S].

[2]154學(xué)生手冊(cè)[M].上海：intellution，2001.endprint

6.2 閥門限制器

閥門限制器的作用是用來手動(dòng)或是自動(dòng)打開閥門，用來閥門標(biāo)定用的。

6.3 閥門標(biāo)定

閥門標(biāo)定是在機(jī)組開機(jī)前可以對(duì)閥門進(jìn)行閥位的限制，正常為0-100%，但由于閥門長時(shí)間使用或是現(xiàn)場(chǎng)工況情況，可以把閥門的上限或是下限進(jìn)行限止。比如說5-90%。

6.4 轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定

我們可以輸入一些跟機(jī)組轉(zhuǎn)速有關(guān)的參數(shù)。比如說盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速、第一臨界起始點(diǎn)、第二臨界起始點(diǎn)、額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速的上下限、可控制轉(zhuǎn)速上下限、按鈕轉(zhuǎn)速SP步長、臨界轉(zhuǎn)速SP步長、轉(zhuǎn)速臨界超時(shí)設(shè)定、使能第一臨界、使能第二臨界、使能順序控制、使能超速試驗(yàn)。

每一個(gè)機(jī)組都會(huì)有相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速，機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下時(shí)間越長，軸振動(dòng)就會(huì)大大的增加，對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的影響就會(huì)越大，因此要減少機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下的時(shí)間。從這一理論下，機(jī)組轉(zhuǎn)速在臨界的時(shí)候，臨界時(shí)的SP就會(huì)以成倍的設(shè)定值往上走，這樣，根據(jù)差值和PID的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速就會(huì)隨著快速變化增長，在短時(shí)間內(nèi)越過臨界。

6.5 報(bào)警跳車監(jiān)視

報(bào)警跳車界面主要是監(jiān)視2個(gè)轉(zhuǎn)速探頭。失轉(zhuǎn)或是安裝探頭不正確、第一臨界超時(shí)、第二臨界超時(shí)、超速。

6.6 參數(shù)監(jiān)視

通過參數(shù)監(jiān)視界面能監(jiān)視機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。在第一臨界、第二臨界的時(shí)間，外部聯(lián)鎖動(dòng)作、啟動(dòng)情況。

6.7 轉(zhuǎn)速PID控制

根據(jù)機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速之間的差值，自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。KP和KI據(jù)有上下限，會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的差值大小來自動(dòng)改變PID參數(shù)，從而更精確的計(jì)算，滿足生產(chǎn)需要。保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

6.8 暖機(jī)參數(shù)設(shè)定

機(jī)組在沖轉(zhuǎn)時(shí)或是沖臨界時(shí)，必須要進(jìn)行暖機(jī)。暖機(jī)時(shí)間為機(jī)組廠家指定，在系統(tǒng)上可以設(shè)定。

7 部分程序

部分程序如圖3所示。

8 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用了技術(shù)成熟的ITCC ICS T6300產(chǎn)品和IFIX人機(jī)界面軟件，接口開放，易于向上或向下延伸，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，跳車及生產(chǎn)情況記錄及時(shí)，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示精確度高，目前機(jī)組運(yùn)行接近一年，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，深受用戶好評(píng)。

TRUSTED ICS三重化處理器系統(tǒng)在稀硫酸機(jī)組上的應(yīng)用是成功地，在使用過程中TRUSTED ICS保證系統(tǒng)在內(nèi)部出現(xiàn)故障的狀態(tài)下，仍能正確地執(zhí)行程序。系統(tǒng)所有的模塊均能在線熱更換。這種設(shè)計(jì)使得TRUSTED ICS系統(tǒng)保持100%在線。TRUSTED ICS被用來實(shí)時(shí)地處理各種復(fù)雜和危險(xiǎn)的生產(chǎn)過程的控制，接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、PID等各種控制程序，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

[1]ITCC ICS 學(xué)習(xí)手冊(cè)[S].

[2]154學(xué)生手冊(cè)[M].上海：intellution，2001.endprint

6.2 閥門限制器

閥門限制器的作用是用來手動(dòng)或是自動(dòng)打開閥門，用來閥門標(biāo)定用的。

6.3 閥門標(biāo)定

閥門標(biāo)定是在機(jī)組開機(jī)前可以對(duì)閥門進(jìn)行閥位的限制，正常為0-100%，但由于閥門長時(shí)間使用或是現(xiàn)場(chǎng)工況情況，可以把閥門的上限或是下限進(jìn)行限止。比如說5-90%。

6.4 轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定

我們可以輸入一些跟機(jī)組轉(zhuǎn)速有關(guān)的參數(shù)。比如說盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速、第一臨界起始點(diǎn)、第二臨界起始點(diǎn)、額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速的上下限、可控制轉(zhuǎn)速上下限、按鈕轉(zhuǎn)速SP步長、臨界轉(zhuǎn)速SP步長、轉(zhuǎn)速臨界超時(shí)設(shè)定、使能第一臨界、使能第二臨界、使能順序控制、使能超速試驗(yàn)。

每一個(gè)機(jī)組都會(huì)有相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速，機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下時(shí)間越長，軸振動(dòng)就會(huì)大大的增加，對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的影響就會(huì)越大，因此要減少機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速下的時(shí)間。從這一理論下，機(jī)組轉(zhuǎn)速在臨界的時(shí)候，臨界時(shí)的SP就會(huì)以成倍的設(shè)定值往上走，這樣，根據(jù)差值和PID的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速就會(huì)隨著快速變化增長，在短時(shí)間內(nèi)越過臨界。

6.5 報(bào)警跳車監(jiān)視

報(bào)警跳車界面主要是監(jiān)視2個(gè)轉(zhuǎn)速探頭。失轉(zhuǎn)或是安裝探頭不正確、第一臨界超時(shí)、第二臨界超時(shí)、超速。

6.6 參數(shù)監(jiān)視

通過參數(shù)監(jiān)視界面能監(jiān)視機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。在第一臨界、第二臨界的時(shí)間，外部聯(lián)鎖動(dòng)作、啟動(dòng)情況。

6.7 轉(zhuǎn)速PID控制

根據(jù)機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速之間的差值，自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。KP和KI據(jù)有上下限，會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的差值大小來自動(dòng)改變PID參數(shù)，從而更精確的計(jì)算，滿足生產(chǎn)需要。保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

6.8 暖機(jī)參數(shù)設(shè)定

機(jī)組在沖轉(zhuǎn)時(shí)或是沖臨界時(shí)，必須要進(jìn)行暖機(jī)。暖機(jī)時(shí)間為機(jī)組廠家指定，在系統(tǒng)上可以設(shè)定。

7 部分程序

部分程序如圖3所示。

8 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用了技術(shù)成熟的ITCC ICS T6300產(chǎn)品和IFIX人機(jī)界面軟件，接口開放，易于向上或向下延伸，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，跳車及生產(chǎn)情況記錄及時(shí)，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)顯示精確度高，目前機(jī)組運(yùn)行接近一年，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，深受用戶好評(píng)。

TRUSTED ICS三重化處理器系統(tǒng)在稀硫酸機(jī)組上的應(yīng)用是成功地，在使用過程中TRUSTED ICS保證系統(tǒng)在內(nèi)部出現(xiàn)故障的狀態(tài)下，仍能正確地執(zhí)行程序。系統(tǒng)所有的模塊均能在線熱更換。這種設(shè)計(jì)使得TRUSTED ICS系統(tǒng)保持100%在線。TRUSTED ICS被用來實(shí)時(shí)地處理各種復(fù)雜和危險(xiǎn)的生產(chǎn)過程的控制，接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、PID等各種控制程序，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

[1]ITCC ICS 學(xué)習(xí)手冊(cè)[S].

[2]154學(xué)生手冊(cè)[M].上海：intellution，2001.endprint