西门子6ES7212-1AB23-0XB8质量保障
玻璃棉生产线由窑炉、成纤、固化炉及冷线成型等系统构成。整个生产工艺过程较为复杂。同时,因使用液化气和重油作为燃料,对安全的要求特别高,所以生产线对自动控制系统有很高的要求。基于和利时公司HOLLiAS LK系列可编程控制器(PLC)的玻璃纤维自动控制系统,采用冗余结构,能够满足安全性要求,其模拟量输入输出模块和成熟的PID处理功能能够充分满足监测、控制和管理需求,为玻璃制造行业提供了高性能、高可靠性、经济的解决方案。
工艺简介
玻璃纤维池窑拉丝是在坩埚法拉丝的基础上发展起来的,多种原材料按不同比例混合均匀送入池窑熔化成玻璃液,玻璃液经过澄清,降温后流入支路上的铂铑合金漏板。漏板上布满了100~4000个的小孔,玻璃被拉丝机从这些小孔中拉出,即成玻璃纤维。
玻璃原料的熔化工艺有多种,如坩埚熔化,池窑熔化、波歇炉熔化。国际主流工艺为池窑熔化。熔化部分的热源,一般使用重油或天然气,助燃风为空气和纯氧。电助熔作辅助加热手段,可**池窑产量。
节能方面,使用纯氧助燃,可减少废气带走的热量达40%,另外,它也能大幅度的减少NOx的排放。目前多使用金属换热器和余热锅炉来回收热量。
系统设计
整个控制系统划分为配料、池窑熔化和纤维成形三个分控站。控制对象有阀门、变频器、电机等设备。监控中心两台操作员站计算机配置为冗余系统,通过冗余的环形工业光纤以太网络与三个系统子站相连,通讯速率可以达到100Mbps。系统分控站与现场I/O分站通过冗余的PROFIBUS-DP现场总线网络进行通讯连接,使系统成为一个有机的统一体。
1.监控中心
位于中央控制室内,由监控计算机、以太网交换机、打印机、不间断电源(UPS)等设备组成,三台监控计算机其中一台作为工程师站,另外两台配置为冗余的操作员站,互为热备。
2.系统分控站
系统分控站是整个系统的控制核心,完成全部的逻辑运算、数学运算、数据采集、设备控制、系统通讯等功能。系统采用冗余的结构配置,包括电源冗余、CPU冗余、通讯网络冗余,其中任何一个环节出现故障都不会造成系统的停机,大限度地满足系统稳定、连续运行的需要。
3.I/O子站
借助和利时HOLLiAS LK大型PLC强大的PROFIBUS-DP现场总线网络,现场I/O子站可以分布在不同的区域。I/O子站主要包括I/O控制机柜、通讯接口模块、各种I/O模块等。I/O子站不负责数据处理、逻辑运算等功能,只负责现场的数据采集、信号接口等,并将采集到的数据通过PROFIBUS-DP现场总线网络传送给各自的系统分控站,并负责接收来自系统分控站的设备指令,完成对设备的操作功能。
工艺流程控制
池窑拉丝的自动控制,从工艺角度看,分布在4个工段:配合料、池窑、通道、漏板。下面从这四个工段分别介绍。
1.配合料部分
对物料进行称重,精度可达0.1%。
控制配料过程的顺序及时序。
2.熔化部分
控制目标为稳定池窑的热工参数。主要控制参数为:
池窑火焰的空间压力(窑压)回路控制
池窑火焰的空间温度(窑温)控制
玻璃液位控制
3.通路和漏板部分
通过控制石油液化气LPG的调节阀,将玻璃液保持在成形所需要的温度上。
控制拉丝机的运动,将玻璃纤维从漏板中拉出。
4.其他控制
逻辑控制:主要包括设备的启停、报警联锁,各PID的切手动及输出回零,池窑给料机小料仓料位等。
模拟量控制:燃油加热,助燃风放空**,燃油的雾化风比值控制。
统计:各拉丝机的满筒、总筒数、满筒率等,燃料消耗。
5.控制指标
单元窑火焰空间温度 ±3℃
通路玻璃液温度 ±1℃
漏板温度 ±0.5℃
玻璃液面 ±0.3mm
熔化部压力 ±2.0Pa
系统特点
1.顺序控制与过程控制相结合
水泥生产工艺设备复杂,既包括设备的启停、报警联锁,池窑给料机小料仓料位等控制,又具有燃油加热、助燃风放空**、燃油的雾化风比值控制等模拟量控制。LK大型PLC充分融合了PLC和DCS的特点,完全能满足顺序控制和过程控制的要求。相比DCS系统,具有更高的性价比。
2.模拟量处理精度高
玻璃纤维生产所用燃料是液化气和重油,必须严格控制燃料和助燃风的混合比例,任何比例失调都会造成工艺状况的不稳定,甚至会有爆炸的危险,所以系统对模拟量的输入输出,自控回路的精度都要求很高。LK大型PLC模拟量输入输出可达16位,精度为0.2%,同时系统集成了优化的回路控制算法,完全满足系统的控制需求。
3.系统安全性高
玻璃棉生产兼有连续生产和批次生产的特点:窑炉生产(玻璃液烧熔)是一个连续、不可间断的过程,任何过程的中断都有可能造成不可预测的后果和损失,所以系统对控制的可靠性要求很高。以LK大型PLC为主的控制系统具有防止误操作、报警功能、逻辑联锁功能,保证了系统的安全可靠运行。
原油计量站作为油井原油计量和汇集的枢纽,在油田的生产中扮演十分重要的角色。实现原油计量站的自动化计量与监控,对于实现整个油田系统的自动监控,**原油计量的准确性和生产效率等都具有十分重要的意义。
基于和利时公司HOLLiAS LK系列PLC的油田自动化计量系统是集组态数据软件、数据库管理、计算机网络、信息通讯技术、现场采集、控制技术等多项先进技术于一体的综合控制系统,实现了油田实时过程数据的采集,使操作人员在控制室内就可以了解全部计量间区域的生产情况,进行调度管理。该系统具有良好的开放性,规模可以自由伸缩,系统可以随时扩容。
工艺流程概述
简要工艺流程如图1所示。系统主要由计量用三通阀、分离器、平衡罐和原油伴热等部分组成。
工作流程描述
油井原油通过输油管道被输送到计量站。在非计量状态下,对应每口油井的三通阀都指向工作汇管方向,原油直接通过工作汇管被输送出去。当需要对某一口油井原油进行计量时,则将此口油井对应的三通阀指向计量汇管方向。原油由计量汇管进入分离器,在分离器中开始对原油进行计量。计量后的原油经平衡罐流入输出汇管被输送出去。
计量原理
对油井原油的计量包括混合液的产量(M3)和体积含水率(%)计量两部分。混合液产量V是通过计量油井完成设定的分离器高度(50cm)所需要的时间T,并由公式:V = δ / T得到。其中,δ=15564,计量系数(可修改)。
由上面计量得到的产量并不能直接得出油井的原油产量τ(吨),因为其中还有相当一部分是水。所以要计量原油产量,还需要得到对应于每口油井的原油体积含水率(%)。原油体积含水率ξ(%)是由安装在分离器油出口管道上的含水分析仪测量含水率的瞬时值,并通过PLC对得到的含水率瞬时数据进行统计加权平均而得到。即ξ=(V-τ/ρ)/ V。
后由公式:τ =(1-ξ)Vρ,得到油井的原油产量τ(吨)。其中,ρ为原油密度。
系统方案设计
根据系统的控制要求和现场的实际情况,对系统做如下设计:
系统设中央控制室和现场计量站,以分别实现系统的集中控制管理和现场就地操作。
中央控制室主要设监控计算机,监控计算机上运行和利时公司的FacView监控软件,完成对整个系统的监控管理。
在现场计量站设PLC系统,以完成对整个系统的数据采集和程序控制。PLC系统选择和利时公司的HOLLiAS LK系列PLC,LK具有完善的模块种类和灵活、的网络通讯功能。另外,为了实现对系统的就地操作,在现场计量站还设有触摸屏。通过触摸屏,用户可以在计量站内完成对系统的监控。
由于现场站和中央控制室之间的距离较远,考虑到搭建无线通讯网络的可行性,在各现场计量站和中央控制室之间搭建了GPRS无线通讯网络,通过无线通讯网络实现现场站与中央控制室之间的通讯。
系统功能
生产数据实时显示功能
根据用户的需要创建总貌图、流程图、工况图、趋势曲线图、仪表棒图、报警画面,实时显示现场生产数据,且各画面之间可方便的进行切换。另外,可以对现场原始生产数据进行统计计算,并实时显示。
报警功能
输油过程中出现意外情况,或有人非正常进入计量间时,系统自动向控制室发出声音、图像等报警信号,通知控制室内人员,起到安全保护的作用。
通讯状态检测与监视功能
系统实时诊断通讯状态和线路连接情况,以**通讯可靠性。
线路自动恢复处理
通讯线路出现中断现象时,系统的自动恢复功能会保证线路中断时发送的报文不被丢失。
查询、打印功能
根据用户需要对现场生产数据的实时数据库进行分类查询,如单元数据查询、历史报警查询等;还可以自动生成和打印各种报表。
系统特点
系统结构简单,运行稳定可靠;
采用GPRS无线通讯网络,通讯距离远,且不受建筑物的阻挡;
实现了无人化自动计量,计量精度高;
远程、现场可控的两级控制方案,可以灵活地满足用户的实际需求;
简洁、生动的监控画面显示,可以方便用户随时掌握系统的运行状况;
系统维护简单、具有良好的可扩充性。
通常泵站(如输水泵站、污水泵站)配置有动力、电气、检测等机电设备系统,控制逻辑复杂,管理要求严格,体系结构庞大。泵站计算机监控系统是集监视、测量、控制、保护、管理等于一体的计算机综合自动化系统,主要对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制,保证泵站更加安全、可靠、经济地运行,实现泵站“无人职守、少人值班”的目标,并能通过计算机网络实现将泵站运行数据和状态实时上传至上级主管部门。
基于和利时公司HOLLiAS LK系列PLC的泵站监控系统,采用可靠的多任务监控软件FacView和PowePro编程软件,以实现建立稳定、可靠、实时的泵站监控和管理系统,它实现了对整个泵站系统的控制操作、数据采集和信息的实时性、准确性、完整性和统一性。
系统构成
本泵站计算机控制系统采用分层分布开放式系统,设泵站级和现地控制单元级。泵站自动化监控系统由1个泵站控制室、11个现场控制单元(LCU)组成。现场控制单元(LCU)核心设备为和利时公司HOLLiAS LK系列PLC,分别对10台泵机组及1套辅助设备的运行工况、状态、参数进行采集,并根据操作规程及经济运行工况进行分散控制;泵站控制室对整个泵站控制系统进行集中管理。泵站控制室监控计算机与现场PLC控制站之间通过高速的、实时的工业以太网进行数据通讯,网络结构为星形,通讯速率为100Mbps,传输介质为光纤。
泵站控制室
系统泵站控制室配置2套主机兼操作员工作站、1套工程师工作站、1套通讯处理计算机、1套语音报警设备、1套网络交换机和光电转换设备、1台A3黑白网络激光打印机、1套GPS时钟系统、1套中控室控制台。其中,两台操作员工作站互为热备方式工作,完成对整个暗渠泵站监控系统的数据库维护和管理工作。正常时,一台为主机,完成监视控制任务,另一台则为备用,可进行正常监视。当主站故障或退出时,备用站可自动或手动升为主站,完成监控任务。
现地控制单元(LCU)
暗渠泵站监控系统共设置11套现地控制单元(LCU),其中泵组LCU 10套(每台泵组设置1套),公用LCU 1套。每套泵组LCU的核心设备采用和利时公司HOLLiAS LK系列PLC,配置一台12”彩色触摸屏为人机接口设备,安装1套主泵电机微机继电保护装置,1套微机温度巡检与保护装置(48点),1套多功能智能电度表,以上设备与PLC进行通信。
泵机组PLC设置手动、自动闭环叶角调节控制操作设备(包括空气开关和接触器等),安装手动控制按钮、把手、电源、继电器、数字显示仪表等,数字显示仪表用于显示多个水位、压力、调角机构油温、叶角等测量值,PLC具备以太网接口,通过100Mbps工业以太网与泵站控制室上位机进行数据通信,通信介质采用光纤。泵组PLC布置在泵站主厂房。
系统功能
本泵站自动化监控系统功能包括实现对各泵机组及辅助设备的运行参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印,通过使用在主站和远程站间的一系列通讯链,完成整个泵站所必需的数据采集、数据通讯、顺序控制、时间控制、回路调节及上位监视和管理作用。同时,还负责泵站计算机监控系统与远方调度中心的通信连接。
数据采集
系统自动采集整个泵站内各现地控制单元的各类实时数据,进行数据有效性校核,存入数据库,用于显示器屏幕画面更新、控制调节、记录检索、操作指导及事故分析。
安全运行监视
在泵站控制室的操作员控制台上装有彩色TFT显示器,用于显示泵站的运行情况。监视范围包括泵站设备的状态监视、趋势分析、越限检查、事故顺序记录及事故追忆等。
机组运行工况
机组辅助设备运行工况
断路器、隔离开关及接地开关位置
线路和母线运行工况
公用设备运行工况
站用电运行工况
其它重要的参数量
控制与调节
操作员通过操作员工作站对所有计算机控制对象及计算机监控系统设备进行控制与调节。对监控对象的控制与调节包括机组启动和停机、机组出水阀的开启与关闭控制、断路器、隔离开关的投入与切断;包括自动顺序倒闸切换操作及其“防误”操作安全闭锁、泵站公用及辅机设备的控制、设置相应的权限要求和在权限允许条件下修改各项给定值和限值、查询生产过程状况,要求显示或打印有关记录、报表和画面。
根据给定的**设定值,按集水池水位和机组工况确定机组开停台数及其优组合,能实现闭环调节和开环指导。优化调度是在满足供水运行安全约束条件下,按满足供水计划、**平衡、耗电量少(为短期目标,长期目标为电费小)、综合效率高为总原则,对供水进行调度和优化。按照优准则确定需要投入运行的台数及台号,包括各泵站机组台数、运行工况的优化组合,以及各调节闸门开度的优化组合,实现全系统的优化运行。
事故分析处理
具有站内设备故障的事故分析和自动处理功能。泵站所有设备的操作事件、报警事件及报表等都可以记录下来,并能在LCD上显示和打印出来。打印记录分为定时打印记录、事故、故障随机打印记录、召唤打印记录等工作模式。记录报告要求用中文和国际通用符号显示和打印。
统计和制表打印
能方便地生成和修改表格,并能方便地查询、维护数据库,可自由生成过去任一时段的报表。打印包括定时打印和召唤打印,召唤打印包括实时打印和历史打印,事故、故障时自动打印。打印的表格包括操作记录统计表,包括机组开、停机时间和次数,断路器跳、合闸时间和次数,事故和故障统计表,事件顺序记录报表,日、旬、月、年抽水量统计表,历史报表,水量分时计量报表等。
系统自诊断与自恢复
系统具备自诊断能力,在线运行时对系统内的硬件及软件进行自诊断,并指出故障部位的模件。考虑其可利用率要求,系统具有自恢复能力