背景

　　煤氣在使用過程中容易產(chǎn)生管網(wǎng)壓力波動(dòng)，存在不安全因素。煤氣柜作為調(diào)劑煤氣供應(yīng)、減緩管道波動(dòng)的有效方法，在冶金和化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。煤氣柜可以有效回收放散煤氣，充分合理利用企業(yè)內(nèi)部的附產(chǎn)煤氣，調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力。作為煤氣這個(gè)危險(xiǎn)性氣體的“歸宿”，煤氣柜的安全運(yùn)行對(duì)于全廠的生產(chǎn)安全具有重要意義。

　　山東金能科技股份有限公司是一家綜合性化工企業(yè)。多年來，公司秉承 “資源高效、綠色低碳”的循環(huán)發(fā)展理念，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、以資源高效利用為導(dǎo)向，打造了區(qū)別業(yè)內(nèi)其他企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建了資源利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)裝備、環(huán)保模式四大差異化的盈利模式，實(shí)現(xiàn)了煤化工與精細(xì)化工的科學(xué)整合，做到了資源利用最大化與資源利用價(jià)值最大化。

　　由于金能科技現(xiàn)有的30000m2煤氣柜控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)不具備硬件的冗余、容錯(cuò)和復(fù)雜邏輯判斷等功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表出現(xiàn)顯性故障時(shí)，極易造成工藝事故。為提高全廠的安全水平，金能科技決定利用冗余控制技術(shù)，升級(jí)現(xiàn)有的煤氣柜監(jiān)控系統(tǒng)。

　　挑戰(zhàn)

　　煤氣柜監(jiān)控系統(tǒng)是智能自動(dòng)化儀表技術(shù)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的結(jié)合，涉及到多方面的知識(shí)。新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)解決現(xiàn)有系統(tǒng)面臨的以下三方面問題：

　　? 故障安全：原有系統(tǒng)配置不能夠排除當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表出現(xiàn)故障或假液位造成的顯性故障，易造成工藝事故。

　　? 傳感器的獨(dú)立設(shè)置：對(duì)參與聯(lián)鎖的各個(gè)傳感器(如活塞高度、氣柜內(nèi)壓力等值)配置為單臺(tái)測(cè)量，未使用不同的測(cè)量方式，不符合傳感器冗余設(shè)置三選二的原則。

　　? 硬件的冗余、容錯(cuò)：模塊前期設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮PLC模塊的冗余、容錯(cuò)設(shè)計(jì)，如發(fā)生儀表的損壞、模塊損壞、電源異常斷電等故障時(shí)，極易造成工藝事故。

　　解決方案

　　針對(duì)金能科技干式煤氣柜實(shí)際情況，基于羅克韋爾自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)和人機(jī)界面檢測(cè)技術(shù)，金能科技構(gòu)建了現(xiàn)代化的煤氣柜監(jiān)控系統(tǒng)，并與原有控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫的融合與兼容。

　　項(xiàng)目總體實(shí)施過程包括五個(gè)步驟：氣柜監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體的方案設(shè)計(jì);氣柜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)邏輯關(guān)系模型的建立;冗余、容錯(cuò)目的的達(dá)成，及數(shù)學(xué)模型的建立;完成氣柜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部分的組態(tài)設(shè)計(jì)與開發(fā);最終系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試以及持續(xù)改進(jìn)。

　　新系統(tǒng)采用由羅克韋爾自動(dòng)化PLC冗余控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基于ContrlNet協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議等通信方式，實(shí)現(xiàn)了傳感器、電源、控制單元以及通信的冗余設(shè)置，控制精度達(dá)到毫秒級(jí)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行?？梢酝瓿蓪?duì)現(xiàn)場(chǎng)活塞高度、氣柜內(nèi)部壓力、油槽液位、頂部泄漏量的數(shù)據(jù)的采集和進(jìn)出口閥門等閥門的過程控制。對(duì)于輸入、輸出模擬量信號(hào)通過加裝防爆安全柵(一入兩出)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)與控制系統(tǒng)的安全有效隔離，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)一分為二，一路進(jìn)原有系統(tǒng)顯示報(bào)警，另一路進(jìn)本系統(tǒng)參與聯(lián)鎖控制，雙重保證檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)所有開關(guān)量輸入、輸出信號(hào)都通過隔離繼電器隔離，保證測(cè)點(diǎn)的干接點(diǎn)輸入和輸出。

　　系統(tǒng)的工程師站和操作站由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，上位機(jī)采用組態(tài)功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便的羅克韋爾自動(dòng)化FTView SE進(jìn)行過程組態(tài)，完成數(shù)據(jù)顯示、人機(jī)界面操作和對(duì)整個(gè)工藝、控制系統(tǒng)的管理等功能。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

　　為保證氣柜及輸入輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了氣柜柜位高度控制、壓力控制、活塞速度轉(zhuǎn)換、活塞速度不同高度時(shí)的控制等控制模型。

　　效果

　　系統(tǒng)投運(yùn)后，金能科技對(duì)新系統(tǒng)的各項(xiàng)表現(xiàn)非常滿意，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的諸多亮點(diǎn)為煤氣柜的安全運(yùn)行提供了保障。

　　首先，新系統(tǒng)有別于其他煤氣柜控制系統(tǒng)的僅僅控制柜容容量控制方式，譬如，當(dāng)柜容達(dá)到10%時(shí)關(guān)閉氣柜出口閥、當(dāng)柜容達(dá)到90%時(shí)關(guān)閉氣柜進(jìn)口閥;當(dāng)速度上升超過3m/min時(shí)，關(guān)閉氣柜進(jìn)口閥、當(dāng)速度下降超過3m/min時(shí)，關(guān)閉氣柜出口閥。新系統(tǒng)可以在氣柜的各個(gè)高度分別控制速度值，在安全區(qū)間嚴(yán)格按照技術(shù)說明書設(shè)置，當(dāng)高度值接近高限或低限時(shí)提前控制，將活塞控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。其次，新系統(tǒng)應(yīng)用了三取二的控制方式以及濾波機(jī)制，提高了聯(lián)鎖的準(zhǔn)確性，針對(duì)各個(gè)檢測(cè)信號(hào)的超量程、斷電、上電、斷線和異常的波動(dòng)都進(jìn)行了濾波。此外，建立冗余、容錯(cuò)機(jī)制，并使用了ControlLogix冗余系統(tǒng)也是系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)。ControlLogix冗余系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由兩個(gè)完全一樣的控制器框架組成，兩個(gè)控制器框架之間，完全靠系統(tǒng)冗余模塊SRM來完成同步和數(shù)據(jù)的交換。進(jìn)入同步狀態(tài)的主機(jī)控制器，自動(dòng)地傳送備份數(shù)據(jù)到輔機(jī)控制器，這些數(shù)據(jù)無(wú)須用戶挑選和編程，只要在主機(jī)控制器中被程序運(yùn)行時(shí)刷新過的數(shù)據(jù)，都會(huì)通過交叉裝載傳送到輔機(jī)控制器，可以傳送大量數(shù)據(jù)?？刂破魍ㄟ^與SRM的連接，可以自行判斷自己是主機(jī)控制器還是輔機(jī)控制器，從而決定是傳送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)。這些完全不需要用戶的介入，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取、自動(dòng)判斷和自動(dòng)傳送。兩個(gè)控制器的同步運(yùn)行和大量數(shù)據(jù)的復(fù)制，使得輸出得到無(wú)擾切換。

　　通過對(duì)煤氣柜控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，金能科技實(shí)現(xiàn)了各種故障條件下對(duì)煤氣柜的最大保護(hù)，煤氣柜的安全性和可靠性得以大幅度提升。整個(gè)系統(tǒng)具備自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警和控制等功能，且具有良好的擴(kuò)展性和可維護(hù)性，可以穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，使操作人員能夠?qū)崟r(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并能夠及時(shí)控制進(jìn)出氣量，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。提升了全廠的安全水平!

（轉(zhuǎn)載）