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DCS系統原理及應用情況.ppt

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DCS控制系統原理及應用 概述  分散控制系統DCS(Distributed Control System)通過操作站對整個工藝過程進行集中監視、操作、管理。通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制?!      ∫?、DCS系統基本構成工程師站現場控制站操作站控制網絡上位計算機1)操作站:用于對工藝過程的集中監視、操作和管理。2)現場控制站:通過與現場的儀表連接,實現對現場儀表的控制功能3)工程站:用于組態和維護4)控制網絡:用于連接系統內各部件的實時控制網?!    《?、DCS系統的特點1、控制功能多樣化:控制站控制功能強大,內部有完善的控制功能模塊,可根據控制對象的不同的要求實現許多復雜的控制、順序控制和聯鎖保護。2、操作簡便:DCS系統的操作功能強大,給提供操作人員了許多便利的操作功能,操作人員通過操作畫面方便完成各種操作功能。3、系統便于擴展:DCS系統設計結構便于增加卡件、增加機架、增加操作站和增加控制站,便于裝置的擴能改造。4、維護方便:DCS系統設計按照標準設計、硬件模塊化、系統配備自診斷軟件,方便檢測系統故障。5、可靠性高:硬件制造水平高,冗余措施、自診斷技術強。6、便于其他系統連接:配備了完善的通訊接口,方便與其他控制系統通訊,和上位生產工具管理連接。三、DCS系統在我廠的應用按生產廠商(日本橫河、美國霍尼韋爾、浙江中控、和利時) 1、日本橫河  CENTUM-CS(催化) CENTUM-CS1000(氮氧站)  CENTUM-CS3000(聯合、重整加氫、1#焦化、1#加氫制氫、   排水、75噸鍋爐、2#航煤罐區) 2、美國霍尼韋爾 :   TDC-3000(30萬噸氣分、10萬噸聚丙烯) TPS(烷基化、MTBE、10萬噸氣分)3、浙江中控  JX-300 (溶劑油)  ECS-100 (2#常壓、2#焦化、3#加氫、2#硫磺) ECS-700(1#常壓)4、國產和利時 HS-2000(新球罐) SM(一、四循)聯合CENTUM-CS3000配置圖EWSHIS163ICS162ICS161ICS160ICS159ICS158FCS101FCS102V-NETE-NET橫河DCS系統典型的系統結構FCS103烷基化-1#氣分TPS-TDC3000系統配置圖GUS1HPM1HPM2UCNEWSGUS2GUS3GUS4GUS5NIMHMNIMUSAPMLCNUCNLCN霍尼韋爾DCS系統典型的系統結構橫河DCS系統控制站橫河DCS系統的內部結構ER busESB busvvV netFCUFCUPLC其它控制系統48EWS01.6464PRT01.5959HISHUBEthernetRemote NodeFIOFIOLocal Node橫河DCS系統控制站控制單結構圖供電單元RIO BUS接口卡/ESB BUS接口卡CPU卡Vnet連接單元電源單元電源單元RIO BUS接口單元/ESB BUS接口單元電源分配板外部接口單元供電端子風扇單元橫河DCS系統操作站的操作鍵盤Plant Information NetworkGUS人機界面HM歷史數據服務PHD工廠數據庫系統HPM高性能過程控制器遠程 I/ONIM實時數據服務Engineer tools工廠應用平臺APP/AM應用過程平臺LCNUCN10HoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellHoneywellFSC故障安全控制器UCN1霍尼韋爾DCS系統典型結構 HPMGUS 操作站GUS 操作站GUS 工程師站HM冗余NIM冗余LCNE冗余LCNE冗余LCNE光纜LCN電纜UCN主干電纜UCN分支電纜LCN電纜中央控制室現場機柜間OPC 服務器霍尼韋爾DCS系統集中控制結構霍尼韋爾DCS系統典型操作站霍尼韋爾DCS系統控制器結構圖控制處理器調節控制 離散邏輯控制 順序控制先進控制 Field TerminationAssembly智能輸入/輸出處理器卡板 IOPFTAUCNI/O Link獨 立 處 理 器Comm.68040I/OControl68040Common Board數據采集處理器電氣調理和隔離現 場 接 線 通訊處理器Comm.68040I/OControl68040I/OIOPFTA…霍尼韋爾DCS系統操作鍵盤浙江中控DCS系統結構圖浙江中控DCS系統集中控制結構圖浙江中控DCS系統機柜圖浙江中控DCS系統控制單元圖四、DCS系統的功能介紹1、操作和監視功能 通用功能、標準操作和監視功能、操作和監視支持功能、系統維護功能、控制狀態顯示功能、趨勢功能。A、通用功能:1、操作屏幕方式:全屏方式、多窗口方式、10個窗口 系統信息窗口:各種系統信息。2、窗口尺寸調整:50%、80%、100%。3、畫面設置:動態窗口設置、彈出窗口設置。B、標準操作和監視功能1)總貌畫面:全裝置的總貌,通過它判斷裝置運行是否正常,過程總貌窗口:32個信息塊/窗口2)流程圖畫面:靜態設備、機泵、管線,動態變化、變色閃爍的工 藝數據、棒圖、可調出儀表面板,工藝操作的主要手段,2500個窗口/HIS,400數據/窗口,200色變/窗口,8個條件/色變。3)控制組畫面:八個工藝相關聯的儀表面板可單獨操作,8個或16個儀表面板/窗口4)趨勢畫面:八個工藝參數趨勢記錄,系統規定了每個參數的總點數,記錄的時間長短與采樣時間間隔有關,通過它可調出點趨勢圖,用于工藝分析, 8筆/窗口,800個窗口/HIS(50個趨勢模塊/HIS)5)調整畫面:每個控制功能模塊的詳細調整,PID參數設定、上下限報警輸出、輸出限幅、1個回路/窗口,100000個窗口/HIS6)過程報警畫面:100個點的報警一覽表。18個報警/窗口,200個報警/HIS7) 控制方案圖窗口:顯示控制方案圖的數值和報警狀態。一直顯示系統狀態顯示 幫助信息窗口過程報警窗口操作指導窗口控制窗口調整窗口趨勢窗口流程圖窗口過程報告歷史報告左導航總帽窗口綁定窗口設定綁定窗口釋放上層右導航大型尺寸中型尺寸循環窗口存儲映像文件Tool BoxHELP# SYS×?DCS系統窗口調用功能鍵DCS系統流程圖DCS系統控制分組畫面DCS系統調整畫面DCS系統過程報警畫面C、操作和監視支持功能1)過程報警功能:過程報警優先分(高、中、低、記錄) 報警方式(系統信息、閃爍、流程圖閃爍、顏色變化、操作鍵盤、蜂鳴器、存入文件、打?。?2)安全功能:操作員、班長、工程師級別。 3)過程歷史報告:記錄DCS歷史記錄。 4)報表功能:班報、日報、月報,定時打印、隨時打印。 D、系統維護功能 1)系統狀態畫面:操作站、控制站、通訊網。省略部分。(聯合1#主風機)3)TRICON TS3000(重整加氫K302、催化三機組、3#加氫循環氫壓縮機) TRIDENT(2#焦化壓縮機)4) 莫迪康PLC QUANTUM系統(鍋爐水處理) 六、安全儀表系統 1、安全儀表系統 (Safety Instrumented System - SIS)概念:   在生產裝置的開車、停車階段,運行擾動以及維護操作期間,對人員健康、裝置設備及環境提供安全保護。無論是生產裝置本身出現的故障危險,還是人為因素導致的危險以及一些不可抗拒因素引發的危險,SIS系統都應立即作出正確反應并給出相應的邏輯信號,使生產裝置安全聯鎖或停車,阻止危險的發生和事故的擴散,使危害減少到最小?!   x表系統用于實現1個或多個安全儀表功能.安全儀表系統包括傳感器(SENSOR)、邏輯運算器(Logic solver) 和最終執行元件(Final element)   SIS系統應具備高的可靠性(Reliability) 、可用性(Availability)和可維護性(Maintainability)。當SIS系統本身出現故障時還能保證提供安全保護功能。 2、安全儀表系統配置方案: 按項目的重要性、危險性、復雜性、資金、用戶使用經驗和管理水平選擇適宜的SIS系統。 1)、繼電器組件SIS 2)、單PLC類SIS 3)、冗余PLC(雙重化)二選二 4)、容錯PLC(三重化)、三選二3、DCS系統與SIS系統的區別DCS用于生產過程的連續測量、常規控制(連續、順序、間歇等)、操作控制管理,保證生產裝置的平穩運行; SIS用于監視生產裝置的運行狀況,對出現異常工況迅速進行處理,使危害降到最低,使人員和生產裝置處于安全狀態;DCS是“動態”系統,它始終對過程變量連續進行檢測、運算和控制,對生產過程進行動態控制,確保產品的質量和產量; SIS是“靜態”系統,正常工況時,它始終監視生產裝置的運行,系統輸出不變,對生產過程不產生影響,非正常工況下時,它將按照預先的設計進行邏輯運算,使生產裝置安全聯鎖或停車;SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴格,IEC61508、IEC61511、ISA S84.01、SH/T3018強烈推薦SIS與DCS硬件獨立設置。4、 SIS系統在我廠的應用1)裝置SIS: ICS公司TRUSTED系統:聯合催化主風系統(三重化、三選二)、   GE90-70(雙機熱備):10萬噸聚丙烯工藝聯鎖  FSC系統:(催化主風系統、重整加氫工藝聯鎖、1#焦化加熱爐、 ?。保<託渲茪涔に嚶撴i、2#硫磺工藝聯鎖)  TRIDENT:(2#焦化) 2)大機組SIS:  TRICON TS3000系統:(催化三機組、重整加氫循環氫壓縮機、 3#加氫循環氫壓縮機) GE90-70:(聯合氣壓機、焦化3#壓縮機、10萬噸聚丙烯ESD) PS 8312PS 8312MP3006MP3006MP3006NCM4329AI13700AAI23700AAI33700AAO13805EAO23805EEICM4119PS 8312PS 8312DI13503EPI3511操作站SOE站DCSDI23503EDO13604E重整加氫循環氫壓縮機TS3000系統配置圖TS3000系統三重化結構PWRCPUGBCBTMCMMRCMPWRCPUGBCBTMCMMRCMPCDOBIUTO DCS BUSDOBIUDIBIUDIBIU10萬噸聚丙烯裝置ESD系統GE90-70HSRIM中央處理卡中央處理卡IMOMOMWDWDPSUPSUWDWD傳感器通訊輸出模塊執行機構輸入模塊+V+V故障安全管理系統(FSC)的結構 七、儀表系統發展的方向1、現場總線1)現場總線的概念: 現場的溫度、壓力、流量、液位信號變送器已數字化智能化,內部有計算機芯片,可處理現場信號,就地閉環控制,取消控制站,可對信號進行遠距離的通訊,采用串聯方式接入操作室的操作站。2)現場總線的結構3)現場總線的優點節省布線、減少室內設備、控制室的大小等現場總線現場總線控制器1控制器2現場操作站控制室2、先進控制技術(APC)1)先進控制技術: 對用單回路無法控制好復雜的控制對象,用多輸入多輸出先進控制器,把控制對象(如塔、爐、反應器)進行多參數整體控制,從而提高整個裝置的平穩性,為卡邊操作、挖掘裝置效益創造條件。2)先進控制技術實施形式 APC工作站(運行APC軟件、改變DCS的設定值)DCS控制對象3)多變量預估控制技術 多變量預估控制技術已經商品化,主要產品有Honeywell公司的RMPCT、和ASPENTECH公司的DMCplus,而目前在石化企業中使用最廣泛和技術最成熟的是Honeywell公司的RMPCT。 RMPCT為多輸入多輸出系統,首先確定控制目標,選擇PV、MV、SV等,建立控制算法,根據多輸入變量,結合裝置生產對象的內部機理建立的模型,通過RMPCT運算多輸出,改變DCS系統中各控制參數的設定值,從而達到控制目標。 DMCplus 動態矩陣控制是基于階躍響應模型的一種帶約束的多變量預測控制算法,采用階躍響應模型,算法簡單、魯棒性強、適用于純滯后等過程。4) 我廠APC的應用 10萬噸聚丙烯、聯合催化、1#氣分3、DCS的發展方向1)開放化,采用XP系統,大量采用WONDOWS 的技術,與其他系統通訊方便,采用網絡通訊、控制。2)操作站采用普通PC(DELL),維護維修方便,降低成本。4、儀表的智能化1)從變送器、調節器、調節閥各種儀表大量采用智能化,設定參數多、方便、準確,采用手持編程器。2)采用HART協議,在4-20MA的基礎上疊加數字信號。5、全廠管控一體化1)“全廠管控一體化”,即全廠管理和控制功能有機地結合在一起,各類生產和管理信息從下而上層層處理,共享信息資源,控制指令從上而下逐級指揮,直到生產裝置的控制回路。2) DCS采用XP操作系統,可以與其他控制網絡、管理網絡連接,形成公用的開放的系統,世界各大DCS廠商分分與軟件公司合作,推出全廠管控一體化系統各自全廠管控一體化系統,其中包括生產控制、生產調度、油品調和、銷售、財務。
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