基于PC和PLC的空分DCS系統(tǒng).doc

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1、基于PC和PLC的空分DCS系統(tǒng)摘要 隨著空分生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)而構(gòu)成的控制、管理、決策為一體的PLC系統(tǒng)在空分生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。本文基于實(shí)際工程背景，研究與探討了華潤(rùn)空分KDON-300/5000工程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。該系統(tǒng)是一個(gè)將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC）和可編程邏輯控制器（PLC）相合的新型綜合集散控制系統(tǒng)。 本論文根據(jù)華潤(rùn)空分KDON-300/5000項(xiàng)目的控制要求，分析了空氣分離的工藝要求，從而提出了相應(yīng)的控制方案。然后闡述了該P(yáng)LC系統(tǒng)的選型、結(jié)構(gòu)及軟硬件的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)中著重分析了硬件的物理組成和電氣原理以及現(xiàn)場(chǎng)控制站的構(gòu)建。組態(tài)軟件采用了GE FAN

2、UC 的CIMPLICITY軟件和Versapro軟件，然后用這兩個(gè)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。軟件組態(tài)具體講述了CIMPLICITY軟件和Versapro軟件的組態(tài)，其中最主要的是CIMPLICITY軟件的組態(tài)，在CIMPLICITY軟件組態(tài)中我們著重講述了點(diǎn)的配置、角色的配置、報(bào)警組態(tài)、趨勢(shì)圖、數(shù)據(jù)庫(kù)登陸等內(nèi)容。接著我們討論了系統(tǒng)穩(wěn)定性的問(wèn)題。最后分析了本系統(tǒng)在安裝和調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方案。最后，實(shí)踐表明系統(tǒng)總體的運(yùn)行是可靠的，也是穩(wěn)定的，體現(xiàn)了先進(jìn)性和實(shí)用性的統(tǒng)一。關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC）、以太網(wǎng)（Ethernet）、Genius總線、空氣純化系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣分餾系統(tǒng)、系統(tǒng)

3、組態(tài)、CIMPLICTY軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)登陸、點(diǎn)的配置、報(bào)警組態(tài)、趨勢(shì)圖、角色的配置目 錄1緒論 11.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 1.2 PLC系統(tǒng)的發(fā)展況 2 1.3 PLC系統(tǒng)的生商 2 1.4 課題的來(lái)源和背景 3 1.5 本文的主要任務(wù)和結(jié)構(gòu)安排 32、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案析 32.1 空分工藝流程簡(jiǎn)介3 2.2 空分裝置的工藝流程分類(lèi) 4 2.2.1高壓工藝流程 4 2.2.2中壓工藝流程 42.2.3高低壓工藝流程52.2.4低壓工藝流程5 2.3控制方案52.3.1 制氮流程介紹 52.3.2 控制方案介紹53、系統(tǒng)硬件配置 113.1 系統(tǒng)總貌 113.1.1 PLC的工作原理 123.1.2 控

4、制站I/O信號(hào)規(guī)模 123.1.3 系統(tǒng)設(shè)備之間的連接133.2 操作站/工程師站133.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站 134、系統(tǒng)軟件組態(tài)過(guò)程. . 144.1 介紹CIMPLICITY 混合控制軟件的特點(diǎn)14 4.1.1 更貼近過(guò)程控制的開(kāi)放系統(tǒng) 15 4.1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)16 4.2系統(tǒng)軟件組態(tài)16 4.2.1 系統(tǒng)控制方案組態(tài)164.2.2 操作組態(tài) 174.2.3下位機(jī)組態(tài)軟件 174.2.4上位機(jī)組態(tài)軟件 185、系統(tǒng)可靠性分析 335.1 現(xiàn)場(chǎng)控制站的可靠性措施 335.1.1、串行通信的可靠性 335.1.2、電源33 5.1.3、數(shù)字輸入信號(hào) 33 5.1.4、解決好屏蔽 33 5.1

5、.5 機(jī)柜設(shè)計(jì)335.1.6信號(hào)隔離 33 5.1.7 雙CPU冗余346、系統(tǒng)調(diào)試投運(yùn) 346.1儀表的一次調(diào)校 346.1.1電氣儀表的單元系統(tǒng)調(diào)試346.1.2儀表與控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)346.1.3逐點(diǎn)進(jìn)行AI、DI、AO、AO點(diǎn)的調(diào)試 35 6.1.4控制回路聯(lián)動(dòng)35 6.1.5進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯的確認(rèn)及試驗(yàn)35 6.1.6 分子篩順控程序的模擬運(yùn)行35 6.1.7投入運(yùn)行時(shí)聯(lián)鎖條件的確認(rèn)35總結(jié) 36致謝語(yǔ) 37參考文獻(xiàn) 37附錄開(kāi)題報(bào)告 38中期報(bào)告 40分子篩周期表 41英文翻譯 42英文翻譯 511 緒論1.1 空分系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)介在現(xiàn)代空氣分離生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化占據(jù)著重要地位。它在

6、保證生產(chǎn)安全可靠、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量、降低能耗及成本、控制環(huán)境污染、提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率及勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)科學(xué)的生產(chǎn)控制管理等方面都起著重要的作用?？辗止I(yè)自動(dòng)化水平的提高，也為空分生產(chǎn)新工藝的推廣和完善創(chuàng)造了條件?？辗稚a(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備聯(lián)鎖眾多，各種檢測(cè)信號(hào)相互影響，采用傳統(tǒng)的人工控制或繼電器儀表控制很難達(dá)到控制要求。采用集散控制后，真正做到了控制分散、危險(xiǎn)分散和管理集中。設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)能夠按照預(yù)先編制好的程序自動(dòng)停止相關(guān)設(shè)備，并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)處理以免影響生產(chǎn)。對(duì)一些重要的參數(shù)和報(bào)警，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成歷史記錄和歷史趨勢(shì)。操作人員和技術(shù)人員可以隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)了解生產(chǎn)情況。通

7、過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析提出新工藝，新方法，不斷提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。11并且隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，集散控制的思想越來(lái)越被廣大自動(dòng)化技術(shù)人員所青睞，并正逐漸被應(yīng)用于新建、擴(kuò)建和技術(shù)改革的項(xiàng)目中。但傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般有廠家生產(chǎn)，具有一定的專有性；另外傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般來(lái)講其控制規(guī)模比較大，成本費(fèi)用比較高；因此使用PC+PLC構(gòu)成DCS的思想，并在無(wú)錫華潤(rùn)的空分項(xiàng)目中實(shí)施。 用PC和PLC實(shí)現(xiàn)集散控制（DCS）的基本原理：集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：將流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程與操作管理人員對(duì)自動(dòng)控制的管理過(guò)程相對(duì)分離；流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程由各控制站相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)完成，而操作

8、人員對(duì)自動(dòng)控制過(guò)程的管理則由中央控制室的操作站來(lái)完成。中央控制站與各現(xiàn)場(chǎng)控制戰(zhàn)一方面各自相對(duì)的運(yùn)行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大的提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又互相進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實(shí)現(xiàn)操作人員在中央控制室的操作站對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程進(jìn)行管理和調(diào)整。 現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，因此它必須要能夠自動(dòng)采集全廠的各種工藝參數(shù)（如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分，物位的高度）以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（如閥門(mén)的開(kāi)度、機(jī)泵的開(kāi)停、設(shè)備的振動(dòng)、機(jī)械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，最后輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)（

9、或者ON/OFF數(shù)字信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)各種閥門(mén)、電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制；另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時(shí)接受操作人員通過(guò)操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)控制過(guò)程。因此它還需要具有標(biāo)準(zhǔn)化通訊接口。用PC和PLC組成集散控制系統(tǒng)時(shí)，PLC承擔(dān)了現(xiàn)場(chǎng)控制站的工作，PC機(jī)承擔(dān)了操作站和工程師工作站的工作。在安裝有PLC系統(tǒng)軟件的PC機(jī)上可以離線（或者在線） 編輯PLC的控制應(yīng)用軟件（組態(tài)過(guò)程），控制應(yīng)用軟件下載到PLC后，PLC獨(dú)立完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過(guò)“實(shí)

10、時(shí)監(jiān)控軟件+PC機(jī)”來(lái)實(shí)現(xiàn)，在安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的PC機(jī)上可以很方便對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。61.2 PLC系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r早期的PLC系統(tǒng)控制功能簡(jiǎn)單，輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/O）較少，只能實(shí)現(xiàn)較小系統(tǒng)的控制，對(duì)于較大系統(tǒng)就無(wú)能為力。較大系統(tǒng)一般采用分布式控制系統(tǒng)（DCS）控制，但是DCS系統(tǒng)成本高昂，維護(hù)和使用費(fèi)用很高，適用于需要控制的I/O點(diǎn)數(shù)較多的大型系統(tǒng)。隨著PLC生產(chǎn)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的PLC系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，能夠控制的I/O點(diǎn)數(shù)越來(lái)越多，大有取代DCS系統(tǒng)的趨勢(shì)?，F(xiàn)在的PLC系統(tǒng)的成本較低，應(yīng)用范圍日趨廣泛，有著廣闊的發(fā)展前景。中國(guó)工控網(wǎng)市場(chǎng)研究部在2003年底到2004年初做了

11、一個(gè)中國(guó)PLC的市場(chǎng)調(diào)查，下面是在本次調(diào)查最終用戶反饋的關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的結(jié)果。工控網(wǎng)根據(jù)業(yè)內(nèi)的劃分習(xí)慣和運(yùn)用領(lǐng)域的不同將PLC劃分為4個(gè)范圍，主要是根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)來(lái)劃分的。大型：不少于1,024個(gè)I/O點(diǎn)， 這一類(lèi)PLC主要用于冶金、自動(dòng)化生產(chǎn)線和電廠。所有的大型PLC都是由系統(tǒng)集成商來(lái)完成的，這一類(lèi)系統(tǒng)的附加值比較高。目前有超過(guò)8,000個(gè)點(diǎn)的巨型PLC系統(tǒng)在電廠運(yùn)用。由于在鋼鐵行業(yè)的大幅度增長(zhǎng)，大型PLC2003年增幅最大。中型：2561,023點(diǎn)， 這一類(lèi)PLC主要也是用作控制系統(tǒng)，運(yùn)用于冶金、電力、造紙、化工、加工/組裝生產(chǎn)流水線、包裝流水線等領(lǐng)域。這一類(lèi)的系統(tǒng)主要也是由系統(tǒng)集成商來(lái)完成

12、，也有個(gè)別用戶會(huì)由自己來(lái)完成項(xiàng)目。小型：64255點(diǎn)， 主要用于設(shè)備控制，也有用作小型系統(tǒng)控制器的。微型：少于64點(diǎn) ，這一類(lèi)PLC主要用于單臺(tái)設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機(jī)械，數(shù)控機(jī)床，塑料加工機(jī)械，小型包裝機(jī)械上運(yùn)用廣泛。9由于此次華潤(rùn)空分工程KDON-300/5000項(xiàng)目所選用的PLC系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，所以是小型PLC系統(tǒng)。1.3 PLC系統(tǒng)的生產(chǎn)商國(guó)內(nèi)外知名制造商：美國(guó)的通用電氣（GE FANUC）公司：它的產(chǎn)品性能出眾，以及全面的產(chǎn)品系列（90系列 產(chǎn)品），而且價(jià)格適中；日本的三菱和橫河、富士，德國(guó)的西門(mén)子（SIEMENS），還有瑞典的ABB公司，霍尼韋爾（HONEYWELL）公司

13、，歐姆龍（OMRON）公司，韓國(guó)的LG公司等等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商基本上沒(méi)有屬于自己的產(chǎn)品，主要是仿造和模仿外國(guó)產(chǎn)品為主，沒(méi)有自己的擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，沒(méi)有自己的品牌。此次華潤(rùn)空分工程KDON-300/5000項(xiàng)目所選用的PLC系統(tǒng)就是美國(guó)GE FANUC公司的90-30系列PLC。1.4 課題來(lái)源和背景課題的來(lái)源為：江蘇無(wú)錫華潤(rùn)空分工程KDON-300/5000 PLC系統(tǒng)。課題的背景為：根據(jù)江蘇無(wú)錫華潤(rùn)空分工程KDON-300/5000項(xiàng)目提出的控制要求（主要是I/O點(diǎn)數(shù)），綜合考慮各方面的因素（產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可升級(jí)性和維護(hù)性、還有產(chǎn)品的價(jià)格也是一個(gè)重要的因素），我們決定選用美國(guó)GE FANUC

14、公司的90-30 PLC系統(tǒng)。1.5 本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)安排本文的主要任務(wù)是熟悉空分工藝流程，學(xué)會(huì)如何進(jìn)行PLC系統(tǒng)組態(tài)，知道工程組態(tài)過(guò)程。本文的結(jié)構(gòu)安排是：首先具體介紹空分工藝流程，了解空分生產(chǎn)過(guò)程，然后介紹空分系統(tǒng)各個(gè)流程的控制方案。接著具體介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，使我們熟悉PLC各個(gè)模塊的功能和作用。接下來(lái)就是詳細(xì)介紹上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件的工程組態(tài)，這是本畢業(yè)論文的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。系統(tǒng)的可靠性是衡量系統(tǒng)好壞的一個(gè)重要標(biāo)志，所以我們必須對(duì)這個(gè)PLC系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行綜合分析。最后要進(jìn)行系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否能按照預(yù)期的要求正常工作。2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析2.1空分工藝流程簡(jiǎn)介大氣中

15、的空氣先進(jìn)入空氣濾清器，經(jīng)過(guò)濾清的常壓空氣被吸入空氣壓縮機(jī)，進(jìn)行若干級(jí)壓縮，逐級(jí)提高壓力，使之達(dá)到所需的壓力值?？諝饨?jīng)每級(jí)壓縮后，不但提高了空氣壓力，而且也使溫度升高了。為了提高壓縮機(jī)的效率，用水冷卻器將壓縮后而提高了溫度的空氣冷卻，然后，再進(jìn)入下一級(jí)的吸入口。最后一級(jí)出來(lái)的壓縮空氣進(jìn)入末級(jí)冷卻器。經(jīng)過(guò)壓縮和冷卻的后的空氣進(jìn)入下一步的純化系統(tǒng)進(jìn)行空氣的純化。純化系統(tǒng)主要是由兩個(gè)分子篩吸附器和兩個(gè)電加熱器組成，分子篩吸附器是通過(guò)空氣的化學(xué)原理來(lái)初步的分離空氣的各種組分，兩個(gè)分子篩吸附器交互吸附工作，達(dá)到初步分離空氣的目的。從純化系統(tǒng)出來(lái)的空氣進(jìn)入下一步的空氣分餾塔系統(tǒng)進(jìn)行分餾工作?？諝夥逐s系統(tǒng)的

16、主要設(shè)備由上分餾塔、下分餾塔、主冷凝蒸發(fā)器、液空過(guò)冷器、液氮過(guò)冷器、液空入上分餾塔節(jié)流閥、污氮入上分餾塔節(jié)流閥及純氮入上分餾塔節(jié)流閥等組成。壓縮空氣經(jīng)過(guò)蓄冷器后，被冷卻到172.C左右，進(jìn)入下分餾塔，上升的蒸汽經(jīng)過(guò)下分餾塔的35塊塔板，在下塔頂部成為純氮?dú)?。純氮?dú)膺M(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器的氮?dú)馔ǖ篮?，凝結(jié)成液體氮。一部分液氮回塔板，作為下塔的回流液,另一部分液體氮，由液氮槽引出，經(jīng)過(guò)過(guò)冷器后，送入上分餾塔頂部。下分餾塔中部抽出部分污液氮，經(jīng)過(guò)過(guò)冷器也送入上分餾塔的上部。下分餾塔的底部得到富氧液空。液空引出，經(jīng)過(guò)液空吸附器、液空過(guò)冷器并經(jīng)節(jié)流后，送入上分餾塔中部。進(jìn)入上分餾塔的液空沿著上分餾塔的一塊塊塔

17、板流下，到主冷凝蒸發(fā)器。在主冷凝蒸發(fā)器中得到含氧量為99.6%液氧。主冷凝蒸發(fā)器的一側(cè)是低壓的液氧蒸發(fā)，另一側(cè)是高壓的氮?dú)饫淠?。液氧在主冷凝器中蒸發(fā)成氣體，氣體的一部分順上分餾塔塔板上升，以保證精餾塔工作正常進(jìn)行，其余的氧氣即為產(chǎn)品引出分餾塔。上分餾塔底部的液氧，再由液氧泵加壓，經(jīng)過(guò)液氧吸附器除去乙炔后，回到上分餾塔，以保證主冷凝蒸發(fā)器的安全。液空、液氧、液氮從下分餾塔經(jīng)過(guò)節(jié)流后進(jìn)入上分餾塔，使壓力由原下分餾塔的壓力下降到上分餾塔的壓力。這時(shí)液體的液化溫度也要隨著下降，因此，節(jié)流后有部分液體汽化。為減少此汽化量，因此在節(jié)流前先用上分餾塔引出的純氮和污氮經(jīng)過(guò)過(guò)冷器把液體先過(guò)冷一下，以減少節(jié)流后汽

18、化量，同時(shí)上分餾塔塔板上液體多些，有利于塔板上的精餾工況。如果需要儲(chǔ)存，還要將產(chǎn)品氣進(jìn)行進(jìn)一步壓縮成液態(tài)得空分產(chǎn)品，裝入儲(chǔ)存罐。其工藝流程原理如圖2.1所示：3圖2.1 2.2 空分裝置的工藝流程分類(lèi)空分裝置就是利用深冷技術(shù)將空氣分離后，提取氧氣，氮?dú)饧翱諝庵衅渌麣怏w組分的設(shè)備，俗稱制氧機(jī)。以其生產(chǎn)的工藝流程來(lái)說(shuō)，根據(jù)進(jìn)入空分裝置的壓縮空氣的壓力高低不同，又可分為高壓工藝流程、中壓工藝流程、高低壓工藝流程及全低壓工藝流程等四種。12.2.1高壓工藝流程一般沒(méi)有膨脹機(jī)。它的工作壓力一般約為100200大氣壓。它主要用于小型制冷機(jī)。例如產(chǎn)氧量為每小時(shí)20 標(biāo)準(zhǔn)立方米的制氧機(jī)2.2.2中壓工藝流程它

19、的工作壓力約為2025大氣壓，它主要用于小型和中型的空分裝置。例如國(guó)產(chǎn)的每小時(shí)產(chǎn)氧量為50、150、300標(biāo)準(zhǔn)立方米的制氧機(jī)。2.2.3高低壓工藝流程其工作壓力一部分約為100200大氣壓的高壓空氣，另一部分約為6個(gè)大氣壓的低壓空氣。例如國(guó)產(chǎn)的每小時(shí)產(chǎn)氧量為3350標(biāo)準(zhǔn)立方米的制氧機(jī)。2.2.4低壓工藝流程它的工作壓力約為6個(gè)大氣壓。此工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是：在生產(chǎn)氣態(tài)的氧、氮產(chǎn)品時(shí)，其能耗最小。因此應(yīng)用也愈來(lái)愈廣。2.3控制方案以下以無(wú)錫華潤(rùn)空分工程KDON-300/5000制氮流程為例，以GE PLC為控制系統(tǒng)，詳細(xì)說(shuō)明具體的控制方法和組態(tài)過(guò)程2.3.1 制氮流程介紹華潤(rùn)空分工程KDON-300

20、/5000制氮流程主要由制冷系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)組成。詳細(xì)可分為：空氣凈化系統(tǒng)，空氣壓縮系統(tǒng)，預(yù)冷系統(tǒng)，純化系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)系統(tǒng)等等。設(shè)備主要包括空壓機(jī)，換熱器，分子篩，膨脹機(jī)，分餾塔等等。其大致的工藝流程如下：空氣自大氣吸入，經(jīng)過(guò)空壓機(jī)壓縮，去除雜質(zhì)和水分，經(jīng)過(guò)換熱器，一部分通過(guò)膨脹機(jī)，進(jìn)入下塔，另一部分繼續(xù)冷卻，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入下塔。下塔的富氮通過(guò)過(guò)冷器進(jìn)入上塔根據(jù)氧氮沸點(diǎn)的不同，通過(guò)氣液交換，從上塔的下部提取氮?dú)猓?jīng)過(guò)復(fù)熱，最后將產(chǎn)品氣壓縮儲(chǔ)存或送入使用現(xiàn)場(chǎng)。12.3.2 控制方案介紹我們按照制氮機(jī)的工藝流程將其劃分為空氣壓縮系統(tǒng)，膨脹制冷系統(tǒng)，空氣分餾系統(tǒng)，氮?dú)鈮嚎s系統(tǒng)等來(lái)分別介紹。4

21、 5 12a、空氣壓縮系統(tǒng)的自控(1 ) 空壓機(jī)組的自控要求軸承溫度的報(bào)警和停機(jī)。軸位移的報(bào)警和停機(jī)潤(rùn)滑油壓力的報(bào)警和停機(jī)。潤(rùn)滑油溫度的報(bào)警。潤(rùn)滑油油箱液位的報(bào)警?？諌簷C(jī)的防喘振控制：當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，壓縮機(jī)的流量減少到一定值時(shí)，由于軸向漩渦的影響，造成葉道速度不均勻和倒流情況，這時(shí)壓縮機(jī)的工作狀態(tài)很不穩(wěn)定，我們稱此現(xiàn)象為喘振。防喘振控制就是防止壓縮機(jī)工作在喘振區(qū)，當(dāng)壓縮機(jī)流量過(guò)小時(shí)，壓力過(guò)高時(shí)，打開(kāi)防振放空閥，降低壓力，增大流量。(2) 預(yù)冷系統(tǒng)的水冷塔和空冷塔的液位控制對(duì)空冷塔和水冷塔的液面進(jìn)行單回路PID控制。其控制分為三個(gè)層次進(jìn)行，在正常范圍內(nèi)的波動(dòng)，采取常規(guī)的PID控制，當(dāng)超出了一定的范

22、圍時(shí)，進(jìn)行報(bào)警，并且加大PID的調(diào)節(jié)幅度，當(dāng)超出了報(bào)警范圍時(shí)，進(jìn)行聯(lián)鎖控制。其控制結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：圖2.2b. 膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)的自控膨脹機(jī)是整個(gè)空分裝置的主要冷量來(lái)源，而且其轉(zhuǎn)速高達(dá)2萬(wàn)轉(zhuǎn)。因此對(duì)于這樣的裝置，不僅要滿足工藝操作的要求，更要保護(hù)膨脹機(jī)，其聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)尤為重要。 膨脹機(jī)潤(rùn)滑油溫度的報(bào)警。 潤(rùn)滑油壓力的報(bào)警。 轉(zhuǎn)速的報(bào)警. 膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速控制.防飛車(chē)控制:當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，加大制動(dòng)風(fēng)機(jī)的出口閥，降低轉(zhuǎn)速。.緊急停車(chē)：當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高高，油壓過(guò)低低時(shí)，自動(dòng)切斷膨脹機(jī)進(jìn)氣，緊急停車(chē)。膨脹機(jī)聯(lián)鎖原理圖如圖2.3所示： 圖2.3c. 空氣分餾系統(tǒng)的自控(1) 空分塔的自動(dòng)控制：1). 液位

23、的自動(dòng)調(diào)節(jié)：液位的調(diào)節(jié)主要分為下塔液位和主冷液位的調(diào)節(jié)，下塔液位于主冷的液位位于主冷的液位是關(guān)聯(lián)的，相互影響的。簡(jiǎn)單的各自控制各自液位是不行的。針對(duì)以上的情況，我們把空分塔的液位作為一個(gè)整體來(lái)考慮。操作變量有液空節(jié)流閥，風(fēng)機(jī)制動(dòng)閥，液化氣旁通閥，來(lái)共同控制下塔液位和主冷液位。我們采取了常規(guī)PID于規(guī)則控制向結(jié)合的控制策略，把下塔液位和主冷液位的變化率作為前饋量進(jìn)行調(diào)節(jié)。來(lái)保證整體的冷量和液量的平衡，從而保證整個(gè)塔的工況穩(wěn)定。2) 純度的自動(dòng)調(diào)節(jié)：純度的調(diào)節(jié)主要分為上塔純度和下塔純度的調(diào)節(jié)。上下塔純度也是相互影響和關(guān)聯(lián)的，下塔的純度控制不好直接的影響了上塔的純度。而影響上塔純度的因素非常多，如取

24、產(chǎn)品氧量過(guò)大，取氮量過(guò)小，下塔液空含氧量下降，主冷液位上升等等，針對(duì)以上情況，我們采取模糊控制算法，并且在現(xiàn)場(chǎng)取得了很好的效果。 在該算法中，我們主要考慮影響空氣純度的三個(gè)主要因素：液空的含氧量，主冷液位，產(chǎn)品氧氣量。當(dāng)液空的氧含量下降，產(chǎn)品氧純度也要下降，當(dāng)主冷液位偏高時(shí)，氧純度也要下降，主冷液位偏低時(shí)，換熱不充分，氧純度也要下降，當(dāng)產(chǎn)品氧氣量偏大時(shí)，在一定的氧制取率下，氧純度也要下降。其簡(jiǎn)要的程序控制框圖如圖2.4所示。10 13 16圖2.4(2) 切換式換熱器的自動(dòng)控制1) 切換自動(dòng)控制為了保證換熱器的自清除，防止雜質(zhì)進(jìn)入，損壞膨脹機(jī)或堵塞換熱器。換熱器的切換控制顯得非常重要。對(duì)于換熱

25、器的控制以安全第一，功能齊全，操作方便為原則。安全方面：出現(xiàn)不正常情況，提供聲音警告和詳細(xì)的報(bào)警提示，操作建議和指導(dǎo)，如對(duì)于每一步驟的閥門(mén)的動(dòng)作是否到位，都會(huì)提出適當(dāng)?shù)牟僮鹘ㄗh和指導(dǎo)。在每一步驟中對(duì)重要的閥門(mén)位置進(jìn)行確認(rèn)，以免操作工的誤操作而引起一些閥門(mén)的動(dòng)作，造成不必要的損失。所有的步驟都相互獨(dú)立，互不影響。2) 控制模式分為三種手動(dòng)，半自動(dòng)，全自動(dòng)。在手動(dòng)的情形下，所有閥門(mén)的操作全由人工操作。半自動(dòng)是針對(duì)某一步驟的自動(dòng)，比如在冷卻階段采取半自動(dòng)，則在冷卻階段，所有的閥門(mén)全由計(jì)算機(jī)控制，但該階段結(jié)束時(shí)，不能自動(dòng)進(jìn)入下一步驟。全自動(dòng)是針對(duì)整個(gè)切換過(guò)程，它與半自動(dòng)的區(qū)別是在該步驟結(jié)束后，它能自動(dòng)

26、進(jìn)入下一步驟。143) 功能設(shè)置對(duì)于所有的步驟設(shè)置了手自動(dòng)切換，在手動(dòng)的前提下，聯(lián)鎖功能照樣有效。每一步驟都可以進(jìn)行強(qiáng)制的切換，且可以不需按照順序進(jìn)行切換，想進(jìn)入什么步驟，只需在步驟變量里面打入相應(yīng)的步驟參數(shù)即可。每一步驟的運(yùn)行時(shí)間可進(jìn)行在線修改，如需要延長(zhǎng)時(shí)間，只需這一階段的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)即可。且對(duì)于每一個(gè)切換過(guò)程的運(yùn)行周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，保存其記錄，這樣偏于對(duì)于生產(chǎn)情況進(jìn)行分析。并具有暫停計(jì)時(shí)，繼續(xù)計(jì)時(shí)，時(shí)間的動(dòng)態(tài)捧狀圖顯示等功能。動(dòng)態(tài)的顯示每一個(gè)當(dāng)前運(yùn)行步驟。其總體的程序框圖如圖2.5所示：(3) 中部溫度的自動(dòng)控制中部溫度是指換熱器溫度工況中變化最靈敏的，最有代表性的部分。當(dāng)中部溫度出現(xiàn)偏

27、差時(shí)，將造成通道阻力的不一致，使氣體產(chǎn)生偏流，容易導(dǎo)致凍塞。因此當(dāng)兩組的中部溫度出現(xiàn)偏差時(shí)，改變空氣入口調(diào)節(jié)閥，改變空氣流量比，從而縮小中部溫差。d. 氮?dú)鈮嚎s系統(tǒng)的自控氧壓機(jī)軸承溫度報(bào)警潤(rùn)滑油溫度報(bào)警氮?dú)馊肟趬毫?bào)警氮?dú)獬隹趬毫?bào)警氮?dú)鈮毫ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)(1) 空氣純化系統(tǒng)的自動(dòng)控制空氣純化系統(tǒng)主要就是通過(guò)分子篩的切換來(lái)達(dá)到空氣純化的目的。分子篩切換系統(tǒng)周期表是按照分子篩切換流程的時(shí)序要求所編制的?？刂葡到y(tǒng)的每一步時(shí)間的長(zhǎng)短是由機(jī)內(nèi)記時(shí)器來(lái)控制。此自動(dòng)控制共分為20步，當(dāng)按下自動(dòng)控制按扭后，就處在自動(dòng)控制狀態(tài)，由時(shí)間來(lái)決定程序處在第幾步。圖2.5現(xiàn)在以MS1工作、MS2再生為例說(shuō)明如下：開(kāi)始時(shí)

28、讓MS1吸附、MS2再生第一步：并聯(lián)吸附 確認(rèn)自動(dòng)按扭按下，開(kāi)V1201、V1202、V1203、V1204、V1214，確認(rèn)V1201、V1202、V1203、V1204、V1214全開(kāi)，其余閥全關(guān)，此時(shí)MS1、MS2均處于吸附狀態(tài)。計(jì)時(shí)，5min后第二步：預(yù)泄壓 關(guān)閉V1202、V1204，確認(rèn)V1202、V1204全關(guān)。計(jì)時(shí)，1min后第三步：泄壓 打開(kāi)V1211，確認(rèn)V1211全開(kāi)，計(jì)時(shí)，泄壓時(shí)間到第四步：預(yù)加熱 關(guān)閉V1211，打開(kāi)V1206、V1208，確認(rèn)V1211全關(guān)，V1206、V1208全開(kāi)。計(jì)時(shí)，1min后，第五步：預(yù)加熱 關(guān)閉V1214，確認(rèn)V1214全關(guān)。計(jì)時(shí)，1mi

29、n后第六步：加熱 打開(kāi)電加熱器，確認(rèn)電加熱器已開(kāi)。計(jì)時(shí)，加熱時(shí)間到，第七步：冷吹 關(guān)閉電加熱器，確認(rèn)電加熱器已關(guān)閉，計(jì)時(shí)，冷吹時(shí)間到第八步：預(yù)充壓 關(guān)閉V1206、V1208，打開(kāi)V1214，確認(rèn)V1206、V1208全關(guān)，V1214全開(kāi)。計(jì)時(shí)，1min后第九步：充壓 在充壓時(shí)間內(nèi)逐漸打開(kāi)V1209，充壓時(shí)間到第十步：并聯(lián)吸附 全關(guān)V1209，打開(kāi)V1202、V1204，確認(rèn)V1202、V1204全開(kāi)，V1209全關(guān)，此時(shí)MS1、MS2均處于吸附狀態(tài)。計(jì)時(shí)，5min后第十一步：預(yù)泄壓 關(guān)閉V1201、V1203，確認(rèn)V1201、V1203全關(guān)，此時(shí)進(jìn)入MS2吸附、MS1再生的階段。計(jì)時(shí)，1mi

30、n后第十二步：泄壓 打開(kāi)V1210，確認(rèn)V1210全開(kāi)。計(jì)時(shí)，泄壓時(shí)間到第十三步：預(yù)加熱 關(guān)閉V1210，打開(kāi)V1205、V1207，確認(rèn)V1210全關(guān)，V1205、V1207全開(kāi)。計(jì)時(shí)，1min后，第十四步：預(yù)加熱 關(guān)閉V1214，確認(rèn)V1214全關(guān)。計(jì)時(shí)，1min后第十五步：加熱 打開(kāi)電加熱器，確認(rèn)電加熱器已開(kāi)。計(jì)時(shí)，加熱時(shí)間到第十六步：冷吹 關(guān)閉電加熱器，確認(rèn)電加熱器已關(guān)。計(jì)時(shí)，冷吹時(shí)間到第十七步：預(yù)充壓 關(guān)閉V1205、V1207、打開(kāi)V1214、確認(rèn)V1205、V1207全關(guān)，V1214全開(kāi)。計(jì)時(shí)，1min后第十八步：充壓 在充壓時(shí)間內(nèi)逐漸打開(kāi)V1209，充壓時(shí)間到返回第一步，計(jì)時(shí)器

31、回零，進(jìn)行MS1的吸附，程序循環(huán)進(jìn)行。當(dāng)總計(jì)時(shí)器停止時(shí)，各分計(jì)時(shí)器如加熱、冷吹時(shí)間也應(yīng)停止。并應(yīng)有跳轉(zhuǎn)時(shí)間，以便程序運(yùn)行與實(shí)際工況相同。 兩個(gè)分子篩吸附器MS1、MS2交替吸附，交替卸壓。當(dāng)MS1吸附工作完成后就要進(jìn)入下一步的卸壓過(guò)程，為避免重復(fù)MS1的卸壓過(guò)程用流程框圖表示。MS2的工作過(guò)程與MS1原理相似，在這里不再贅述。以下是分子篩MS1的卸壓過(guò)程流程圖，請(qǐng)見(jiàn)圖2.6所示圖2.6兩個(gè)分子篩吸附器共有交替吸附卸壓兩次，上圖為MS1201的卸壓過(guò)程的順控示意圖。3、系統(tǒng)硬件配置根據(jù)此工程項(xiàng)目的具體I/O點(diǎn)及余量的要求（如下表），工程要求空分工藝使用集中式操作站，方便技術(shù)工人操作，控制流程畫(huà)面

32、簡(jiǎn)潔并且易于操作。對(duì)空分工藝控制準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備能經(jīng)受惡劣的環(huán)境等。分析工藝流程及此套空分裝置控制點(diǎn)少、產(chǎn)品是高純氮和高純氧，決定選用GE FANUC公司的控制硬件PLC作為控制模塊。硬件配置見(jiàn)下表3.1：型號(hào)描述數(shù)量1IC693CPU364CPU364 Module(240k Bytes configurable user memary) Embedded Ethemet22IC693CHS397Base CPU 5Slots Use With CPU331/CSE331 and above23IC693PWR321Power Supply 120/240VAC 125VDC Standa

33、rd24IC693BEM331Genius Bus Controller25IC200GBI001Remote I/O Genius Network interface unit36IC200PWR102Power supply with expanded 3.3VDC 120/240VAC input37IC200ALG264Analog input 15 bit current 15 channel48IC200ALG326Analog output 13 bit current 8 channel39IC200MDL650Iutput24VDC POS/NEG logic (4 grou

34、ps of 8 ) 32 PT110IC200MDL640Iutput24VDC POS/NEG logic (2 groups of 8 ) 16 PT111IC200MDL750Output24VDC POS logic 0.5A per PT (2 groups of 16 ) 32 PT112IC200ALG620Analog input 16 bit RTD 4 channel813IC200CHS022Compact I/O carrier box style1814IC646MPS101Logic Developer-PLC Standard w/Programming cabl

35、e115IC646TDV300300 I/O Point development system116IC646TRT300300 I/O Point runtime system117IC641HBR301Max-ON “Standard” Software for 90-30 hot stand by redundancy118上位機(jī)DELL GX270 P2.4G 40G HDD 256M RAM 52CD ROM219顯示器DELL CRT 21 220打印機(jī)EPSON LQ1600K 121PLC機(jī)柜800*600*2100 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜、 短路器、 繼電器、短子等 122操作臺(tái)滿足放置上

36、位機(jī)、打印機(jī)等 大?。?200*1600*7501潤(rùn)項(xiàng)目清單（控制要求：AI=46 AO=21 DI=40 DO=18 RTD=27 ）表3.13.1 系統(tǒng)總貌GE FANUC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)組件、操作站（工程師站）硬件、現(xiàn)場(chǎng)控制站硬件三部分，基本結(jié)構(gòu)如圖3.1：圖3.13.1.1 PLC的工作原理當(dāng)啟動(dòng)PLC后，系統(tǒng)進(jìn)入以下?tīng)顟B(tài)的死循環(huán)，不斷地執(zhí)行下面的操作。見(jiàn)圖3.215 圖3.23.1.2 控制站I/O信號(hào)規(guī)模AI=46 AO=21 DI=40 DO=18 RTD=273.1.3 系統(tǒng)設(shè)備之間的連接GE-90/30系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)Ethernet NIU連接工程師站、操作站?，F(xiàn)場(chǎng)控制

37、站通過(guò)Genius NIU網(wǎng)絡(luò)與GE-90/30 系統(tǒng)CPU的通訊卡通訊，遵循開(kāi)放的TCP/IP協(xié)議。系統(tǒng)采用雙CPU熱備冗余方案，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。3.2 操作站/工程師站工程師站可選用符合一定配置的PC機(jī)，也可在操作站上完成工程師站的任務(wù)。工程師站可采用移動(dòng)式。操作站可采用專用的操作面板也可用普通的PC機(jī)。此次工程的總的硬件配置結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖3.3示：圖3.33.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站控制站硬件組成包括機(jī)柜、機(jī)籠、電源箱、主控卡、I/O卡等?？刂普緳C(jī)柜布置圖如圖3.4所示：控制站機(jī)柜依照通風(fēng)散熱、防潮、防腐及安全等原則專門(mén)設(shè)計(jì)制造。機(jī)籠是控制站的基本安裝單元，由安裝架、母板、聯(lián)接端子等組成。主控

38、卡（CPU卡）是現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟、硬件的核心，完成控制站的I/O信號(hào)處理、控制計(jì)算、于上下層網(wǎng)絡(luò)通訊、冗余診斷等功能。I/O卡件的總體特點(diǎn)詩(shī)句有智能性、強(qiáng)抗干擾性和可選擇冗余或非冗余配置。所有I/O卡件全部采用磁隔離或光隔離，將干擾拒之于系統(tǒng)之外，通道間的隔離消除了信號(hào)之間的干擾影響，提高了I/O信號(hào)處理的可靠性。圖3.44、系統(tǒng)軟件組態(tài)過(guò)程我們?cè)谌A潤(rùn)空分KDON300/5000項(xiàng)目中用下位機(jī)軟件Versopro.和上位機(jī)軟件CIMPLICITY進(jìn)行系統(tǒng)控制的組態(tài)。4.1介紹 CIMPLICITY 混合控制軟件的特點(diǎn) 我們使用美國(guó)通用電氣公司的CIMPLICITY 控制軟件來(lái)控制GE FANUC

39、 9030 PLC。美國(guó)通用電氣公司的CIMPLICITY 控制軟件是新一代混合控制系統(tǒng)軟件，它為我們提供了一個(gè)兩全其美得選擇，既體現(xiàn)了PLC的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，又能實(shí)現(xiàn)DCS易于使用的特點(diǎn)。實(shí)際上，CIMPILICITY軟件既適用于過(guò)程操作也適用于批量控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，使得PLC程序的開(kāi)發(fā)更加快捷，簡(jiǎn)單，成本更低?？傊琍LC的強(qiáng)大功能既適用于離散控制，也適用于過(guò)程控制。CIMPLICITY軟件是一種適合于過(guò)程控制的新的解決方案。為連續(xù)控制開(kāi)發(fā)策略與過(guò)程可視化提供整體解決方案。 CIMPLICITY軟件是一個(gè)具有完整生命周期的系統(tǒng)，結(jié)合了最先進(jìn)的軟件與硬件的優(yōu)點(diǎn)，利用與分布式控制系統(tǒng)相似的先進(jìn)的

40、控制策略和應(yīng)用程序，為過(guò)程工程師提供了豐富的過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)施，歸檔，維護(hù)等工具。24.1.1 更貼近過(guò)程控制的開(kāi)放系統(tǒng)CIMPLICITY軟件的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和靈活的體系結(jié)構(gòu)，可保證在裝置的規(guī)劃，工程實(shí)施，驗(yàn)收，培訓(xùn)，操作與維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)的成本效益和操作的經(jīng)濟(jì)性，其中包括對(duì)將來(lái)擴(kuò)容需要的考慮。這一開(kāi)放式的平臺(tái)保證了著眼于將來(lái)的過(guò)程工業(yè)的先進(jìn)的，經(jīng)濟(jì)的解決方案。 CIMPLICITY軟件作為一個(gè)過(guò)程自動(dòng)化的混合控制系統(tǒng)，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通訊，組態(tài)三部分合為一體。該系統(tǒng)不僅用于過(guò)程控制工程，它同時(shí)涵蓋了整個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，例如上游原料供應(yīng)工序和下游包裝工序等。利用CIMPLICITY 混合控制系

41、統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)公司一體化自動(dòng)控制，建立經(jīng)濟(jì)的，企業(yè)級(jí)的制造過(guò)程和加工環(huán)境的系統(tǒng)集成。8a.橫向系統(tǒng)集成帶有輔助過(guò)程的工程過(guò)程控制的橫向集成，是基于CIMPLICITY采用相同的標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)驗(yàn)證的控制器和I/O系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上的。CIMPLICITY軟件融合了自動(dòng)控制系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)：（1） 硬件成本低。（2） 產(chǎn)品的質(zhì)量與穩(wěn)定性搞。（3） 系統(tǒng)部件選型快捷，簡(jiǎn)單。（4） 在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)備件供貨周期短。（5） 全球化的備件供應(yīng)能力。 b.縱向系統(tǒng)集成公司級(jí)系統(tǒng)的縱向集成由兩方面組成：（1）公司級(jí)系統(tǒng)的縱向集成。（2）現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的集成。（3）操作管理級(jí)的數(shù)據(jù)交換的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如TCP/IP以太網(wǎng)，OP

42、C，或EAM，MES，ERP等，可以實(shí)現(xiàn)將CIMPLICITY軟件混合系統(tǒng)連接到公司級(jí)信息網(wǎng)上。（4）CIMPILICITY提供公司級(jí)的過(guò)程數(shù)據(jù)應(yīng)用，例如：EAM(企業(yè)資產(chǎn)管理)MES(制造執(zhí)行計(jì)劃系統(tǒng))ERP(企業(yè)資源計(jì)劃) （5） CIMPILICITY軟件特別適合于將現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)連接到過(guò)程控制系統(tǒng)中。裝置上所配備的現(xiàn)場(chǎng)儀表是傳統(tǒng)儀表，智能儀表（例如HART協(xié)議），還是其它新型儀表并不重要，只要它是現(xiàn)場(chǎng)總線儀表即可?，F(xiàn)場(chǎng)總線型儀表符合IEC和ISA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基金會(huì)協(xié)議，并通過(guò)這種協(xié)議互連。具有如FF，PROFIBUS協(xié)議等通訊標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都是面向其它廠商產(chǎn)品開(kāi)放的系統(tǒng)。另外，通過(guò)串行接口或以太網(wǎng)，

43、也可將執(zhí)行器與傳感器連接到系統(tǒng)上。C、開(kāi)放性和靈活性除了其軟件適用于過(guò)程控制以外，CIMPLICITY軟件還要選擇標(biāo)準(zhǔn)的GE FUNAUC組件。（1）根據(jù)具體項(xiàng)目及不同設(shè)計(jì)要求需要，可從相關(guān)的分布控制系統(tǒng)和中央的I/O單元中進(jìn)行選擇。（2）可從單用戶操作與監(jiān)視擴(kuò)展到分布式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶系統(tǒng)。（3）添加相關(guān)軟件和硬件的功能。（4）CIMPLICITY軟件具有良好的伸縮性能和擴(kuò)展性能，可滿足工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)組態(tài)的各種要求，且成本低廉。（5）CIMPLICITY軟件具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)傳送界面，以及從CAD/CAE圖形、文本與數(shù)據(jù)輸入輸出等工具。（6）CIMPLICITY使用3

44、2位WINDOWS設(shè)計(jì)技術(shù)?？捎糜赪INDOWS 2000環(huán)境，并且支持智能化與服務(wù)器系統(tǒng)中的WINDOWS 2000新型對(duì)稱多處理器處理方式。84.1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)其中CIMPLICITY體系結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示：圖4.1一個(gè)基本的過(guò)程控制系統(tǒng)軟件可分為兩部分：系統(tǒng)軟件（又稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件）和應(yīng)用軟件（又稱過(guò)程控制軟件）。DCS的軟件體系中包括了上述兩種軟件，但由于其分布式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又增加了諸如通信管理軟件、組態(tài)生成軟件以及診斷軟件等10。過(guò)程控制軟件包括：過(guò)程數(shù)據(jù)輸入輸出，數(shù)據(jù)表示（又稱為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)），連續(xù)控制調(diào)節(jié)，順序控制，歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，過(guò)程畫(huà)面顯示和管理，報(bào)警信息的管理，生產(chǎn)記

45、錄報(bào)表的管理和打印，參數(shù)列表顯示，人機(jī)接口控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能。其中具有報(bào)警檢測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)的輸入輸出，連續(xù)控制調(diào)節(jié)，順序控制是在過(guò)程控制層的現(xiàn)場(chǎng)控制站實(shí)現(xiàn)的。過(guò)程畫(huà)面的顯示和報(bào)警記錄打印等在集中操作監(jiān)視層通過(guò)組態(tài)軟件完成。24.2系統(tǒng)軟件組態(tài)4.2.1 系統(tǒng)控制方案組態(tài)完成某一控制站的硬件組態(tài)后，可開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)控制方案的組態(tài)。控制方案組態(tài)又可分為常規(guī)控制方案組態(tài)和自定義控制方案組態(tài)兩部分。對(duì)一般要求的常規(guī)控制，系統(tǒng)提供的控制方案基本都能滿足要求，易于組態(tài)方偏操作，且在實(shí)際應(yīng)用中控制運(yùn)行可靠。因此，對(duì)于無(wú)特殊要求的常規(guī)控制，建議采用系統(tǒng)提供的控制方案：手操器，單回路PID，串級(jí)PID,單回路前

46、饋，串級(jí)前饋，單回路比值，選擇性控制采樣控制，SMITH補(bǔ)償，混合PI控制對(duì)有特殊要求的控制，必須根據(jù)實(shí)際需要，自己定義控制方案。4.2.2 操作組態(tài)操作組態(tài)完成操作站操作界面的定義，組態(tài)，主要包括流程圖畫(huà)面，數(shù)據(jù)庫(kù)登錄，系統(tǒng)報(bào)警，角色配置等。(1)流程圖制作流程圖制作軟件主要用于流程圖得繪制，以及對(duì)流程圖上得各類(lèi)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，這些動(dòng)態(tài)參數(shù)在實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件得流程圖畫(huà)面中可以進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和操作。流程圖制作軟件功能齊全，編輯功能強(qiáng)大。以鼠標(biāo)操作為主，輔以簡(jiǎn)單得鍵盤(pán)操作，使用非常靈活方偏，無(wú)需編寫(xiě)任何語(yǔ)句。CIMPILICITY和Versapro軟件基于Windows開(kāi)發(fā)，用戶界面友好，所有的命令

47、都化為形象直觀的功能圖標(biāo)，只需用鼠標(biāo)即可輕而易舉地完成操作，使用更為方便簡(jiǎn)潔。4.2.3 下位機(jī)組態(tài)軟件下位機(jī)組態(tài)軟件主要進(jìn)行硬件設(shè)置方面的配置。下圖為Versapro軟件的硬件配置圖如圖4.2所示：圖4.2Versapro軟件是下位機(jī)軟件，是GE Fanuc 基于Windows 基礎(chǔ)上的為90-30 PLC，VersaMax PLC編程和組態(tài)的軟件，Versapro被設(shè)計(jì)安裝在Win95,Win98,和WinNT操作系統(tǒng)中。Versapro提供了一個(gè)單一的編程接口，用于組態(tài)PLC硬件，創(chuàng)建和編輯PLC邏輯并且監(jiān)視PLC邏輯的執(zhí)行。a、Versapro軟件的內(nèi)容(1) 文件夾瀏覽：Versap

48、ro是一個(gè)靈活的軟件包，我們可以選擇一種默認(rèn)的語(yǔ)言和定制的窗口來(lái)編輯顯示。(2) 硬件組態(tài)：Versapro默認(rèn)的硬件平臺(tái)是Versamax PLC,但我們能組態(tài)所有的9030PLC。(3) 邏輯編輯器：有2種語(yǔ)言(即梯形圖語(yǔ)言和指令表語(yǔ)言)用于編輯PLC邏輯給9030 PLC和Versamax PLC。(4) 語(yǔ)法檢查：Versapro提供了一個(gè)工具用于在下裝程序之前檢測(cè)你的語(yǔ)法是否正確。(5) PLC通訊：Versapro支持串行和以太網(wǎng)方式與PLC通訊。(6) 在線監(jiān)視：在線監(jiān)視和控制功能在參考顯示表和變量顯示表中被支持。(7) 錯(cuò)誤表：錯(cuò)誤系統(tǒng)中可提供PLC錯(cuò)誤表和I/O錯(cuò)誤表。(8)

49、 信息窗口：用于在Versapro中顯示動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果。b、Versapro軟件功能(1) 創(chuàng)建與PLC邏輯和信息相關(guān)的文件夾。(2) 組態(tài)PLC硬件即用于進(jìn)行硬件點(diǎn)的配置包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置（如以態(tài)網(wǎng)IP地址的設(shè)定以及點(diǎn)的地址的分配,還有硬件類(lèi)型的配置）。(3) 創(chuàng)建和編輯變更表。(4) 創(chuàng)建，編輯和監(jiān)視執(zhí)行的梯形圖邏輯。(5) 創(chuàng)建Motion程序。4.2.4 上位機(jī)組態(tài)軟件此次用的上位機(jī)軟件是GE FANUC 公司的 CIMPLICITY軟件，上位機(jī)軟件是用于接收PLC寫(xiě)入的數(shù)據(jù)和資源，同時(shí)通過(guò)控制按鈕控制PLC的操作程序。a、啟動(dòng)CIMPILICITY 軟件為了創(chuàng)建一個(gè)新的本地或遠(yuǎn)程工程，

50、選擇在CIMPLICITY HMI菜單中的新建工程標(biāo)，我們可以在一系列對(duì)話框中填寫(xiě)：填寫(xiě)工程類(lèi)型，名字、協(xié)議及其路徑;工程類(lèi)型:可以創(chuàng)建的工程類(lèi)型依賴于所安裝的產(chǎn)品選項(xiàng)。例如:如果我們已經(jīng)安裝了HMI服務(wù)器選項(xiàng)，我們只可創(chuàng)建HMI服務(wù)器基本工程。b、創(chuàng)建一個(gè)新的工程啟動(dòng)CIMPLICITY軟件后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)探出一個(gè)對(duì)話框，如圖4.3所示圖4.3點(diǎn)擊Create鍵后系統(tǒng)生成如下圖所示的對(duì)話框，繼續(xù)下一步的操作其具體操作如下一步驟，如圖4.4所示：圖4.4(1)工程名稱：即為這個(gè)工程的名字。例如：可以寫(xiě)“HUARUN”。(2)協(xié)議：可以從所有安裝的選項(xiàng)中選擇出對(duì)本工程有用的選項(xiàng)。(3)工程路徑：使

51、用驅(qū)動(dòng)器以及目錄輸入欄為你所要?jiǎng)?chuàng)建的工程的目錄挑選一個(gè)目錄路徑如果你想要在你的網(wǎng)絡(luò)上其它的磁盤(pán)上創(chuàng)建你的工程選擇網(wǎng)絡(luò)。來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)的路徑。當(dāng)你已經(jīng)輸入了你的信息后，選擇創(chuàng)建。以偏創(chuàng)建新的工程或選擇取消創(chuàng)建申請(qǐng)。當(dāng)你選擇創(chuàng)建。的以后，工程的組態(tài)將被創(chuàng)建并且工程屬性對(duì)話框?qū)⒋蜷_(kāi)以顯示選項(xiàng)屬性。(4)設(shè)置工程屬性.工程屬性對(duì)話框?qū)⒈淮蜷_(kāi)，我們可以：1)創(chuàng)建一個(gè)新的工程，并且從新建工程對(duì)話框中選擇創(chuàng)建；2)從一個(gè)工程的工程菜單中選擇屬性；3)點(diǎn)按在工程工具條上的設(shè)置按鈕，使用工程對(duì)話框選擇或更改一個(gè)工程的一般和選項(xiàng)屬性。在已經(jīng)修改屬性后，可以選擇確定接受所做的修正，也可以選擇取消關(guān)閉工程屬性對(duì)話框不接受

52、任何修改。(5)使用工程向?qū)?lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)新工程的初始的端口和設(shè)備以及數(shù)據(jù)的點(diǎn)的配置。過(guò)程如圖4.5所示：圖4.5經(jīng)過(guò)上面一系列不步驟下圖為初步建成的工程畫(huà)面圖，如圖4.6所示：圖4.6經(jīng)過(guò)填寫(xiě)一系列的對(duì)話框一個(gè)新的控制工程的上位機(jī)組態(tài)工程就基本建立起來(lái)了。但是，新建的只是一個(gè)初步符合華潤(rùn)控制項(xiàng)目的空數(shù)據(jù)庫(kù)，以下還有為數(shù)據(jù)庫(kù)填寫(xiě)有關(guān)數(shù)據(jù)的具體而且細(xì)致的工作，例如建立控制點(diǎn)、增加控制設(shè)備、增加報(bào)警點(diǎn)等等。C、系統(tǒng)基本組態(tài)系統(tǒng)基本組態(tài)指完成對(duì)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的軟件設(shè)置，如設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，冗余狀況，控制周期；I/O卡件的數(shù)量，地址，冗余狀況，類(lèi)型：設(shè)置每個(gè)I/O點(diǎn)的類(lèi)型，處理方法，報(bào)警選項(xiàng)和其它特殊的設(shè)置

53、；選擇控制方案；定義操作畫(huà)面。（1） 系統(tǒng)I/O組態(tài) 系統(tǒng)I/O組態(tài)是對(duì)某一控制站內(nèi)部的硬件進(jìn)行分層組態(tài)。對(duì)信號(hào)單元的組態(tài)包括模入信號(hào)（AI），模出信號(hào)（AO）,開(kāi)關(guān)信號(hào)（DI/DO）,脈沖輸入信號(hào)（PI）的組態(tài)。除了都需設(shè)定信號(hào)的位號(hào)，描述以及報(bào)警狀態(tài)外，根據(jù)信號(hào)類(lèi)型的不同，分別有不同的內(nèi)容。用戶只需按照對(duì)話框內(nèi)的提示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，逐項(xiàng)填寫(xiě)即可。內(nèi)容如下圖4.7所示：圖4.7（2） 控制流程的組態(tài)流程圖畫(huà)面是工藝過(guò)程在實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面的仿真。 流程圖畫(huà)面根據(jù)組態(tài)信息和工藝運(yùn)行情況，在實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中動(dòng)態(tài)更新各個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象（如數(shù)據(jù)點(diǎn)、圖形、趨勢(shì)圖等），因此，大部分的過(guò)程監(jiān)視和控制操作都可以在流程

54、圖畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)。如圖4.8所示:圖4.8編輯各種元件的操作畫(huà)面是鼠標(biāo)操作，按照要求逐步填寫(xiě)。但很重要的是位號(hào)與硬件布置的一致性，本著讓元件控制屬性的完整和使使用者操作簡(jiǎn)單的原則進(jìn)行編輯。如圖4.9所示： 圖4.9流程圖畫(huà)面顯示靜態(tài)圖形和動(dòng)態(tài)參數(shù)（如動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)、趨勢(shì)圖、動(dòng)態(tài)液位等）。單擊動(dòng)態(tài)參數(shù)可在流程圖畫(huà)面上彈出動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的相關(guān)信息。華潤(rùn)項(xiàng)目流程畫(huà)面如圖4.10為空氣純化系統(tǒng)流程畫(huà)面：圖4.10圖4.11為分餾塔系統(tǒng)流程畫(huà)面圖：圖4.11透平膨脹機(jī)流程畫(huà)面如圖4.12所示：圖4.12（3）報(bào)警組態(tài)(Alarm) 圖4.13即為新建報(bào)警點(diǎn)圖： 圖4.13Alarm Class：定義該報(bào)警屬于何種

55、級(jí)別。在這里填入”HIGH”.Alarm String：定義該報(bào)警的四中報(bào)警狀態(tài)用哪組文本串顯示Hi-2：報(bào)警高高限值，根據(jù)要求，可以填入數(shù)據(jù);Hi-1:報(bào)警高限值，填入數(shù)據(jù);Lo-1：報(bào)警低限值，填入數(shù)據(jù)；Lo-2：報(bào)警低低限值，根據(jù)要求，可以填入要求的數(shù)據(jù)圖4.14Alarm Type：報(bào)警產(chǎn)生的準(zhǔn)則。這里填入“Absolute”，如圖4.14所示：Absolute：按點(diǎn)值的大小產(chǎn)生報(bào)警；Deviation：按點(diǎn)值與另一個(gè)數(shù)值的差值的大小產(chǎn)生報(bào)警；Rate of Change：按點(diǎn)值的變化率的大小產(chǎn)生報(bào)警Configured Roles For Alarm：定義該報(bào)警可以被扮演哪些角色的用

56、戶所瀏覽，即哪些用戶可以看到這個(gè)報(bào)警。這里填入”SYSTEMER, MANAGER, OPERATOR”,如圖4.15所示。Deletion Requirements：報(bào)警信息條在報(bào)警窗口中被刪除的條件(默認(rèn)為“報(bào)警確認(rèn)且復(fù)位”之后)，可以不填，即為默認(rèn)值。Maximum Stacked：該報(bào)警的反復(fù)多次出現(xiàn)被記錄在堆棧中的最大個(gè)數(shù),填入“5”如圖4.16示：圖4.15圖4.16嵌在畫(huà)面上的報(bào)警窗口(Alarm)在畫(huà)面上選擇報(bào)警工具，將報(bào)警窗口插在畫(huà)面上，如圖4.17所示： 圖4.17圖4.184.181)報(bào)警條操作按鈕雙擊報(bào)警窗口，可組態(tài)報(bào)警窗口Display-Begin in static

57、：定義報(bào)警窗口啟動(dòng)后進(jìn)入動(dòng)態(tài)(Dynamic)還是靜態(tài)(Static)方式,如圖4.18動(dòng)態(tài)方式：新報(bào)警隨時(shí)顯示在窗口中靜態(tài)方式：新報(bào)警不會(huì)立即顯示在窗口中，但“報(bào)警總數(shù)”條會(huì)改變顏色，提醒用戶新報(bào)警的產(chǎn)生在這里選用“動(dòng)態(tài)方式”，圖4.18所示。雙擊報(bào)警窗口，在Fields菜單下對(duì)報(bào)警窗口中的報(bào)警字段組態(tài)，圖4.19所示。Mode-Static/Dynamic：選擇設(shè)置動(dòng)態(tài)報(bào)警窗口或靜態(tài)報(bào)警窗口的報(bào)警字段利用Modify按鈕可以將字段名稱改為中文填入“溫度過(guò)高產(chǎn)生報(bào)警”圖4.192)獨(dú)立的報(bào)警窗口(Alarm)在Workbench中，選擇Runtime-Alarm Viewer，即可打開(kāi)獨(dú)立的報(bào)警窗口如圖4.20所示。獨(dú)立報(bào)警窗口可以與監(jiān)控畫(huà)面(*.CIM)同時(shí)打開(kāi)獨(dú)立報(bào)警窗口的外觀與嵌入式報(bào)警窗口一致在Configure-Count Layout中設(shè)置報(bào)警總數(shù)的顯示位置如圖4.21所示。圖4.20在Configure-List Layout中設(shè)置報(bào)警信息的顯示方式。這些設(shè)置內(nèi)容可在File-Save as中存盤(pán)圖4.20在Config