陈 勇

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油仪表管理中心 宁夏 银川 750411

引言

目前,在工业环境下控制系统基本都是以DCS、PLC为主,两者都是计算机与工业控制技术相结合的产物,通过I/O 卡件完成与一次元件和执行机构的数据交换。但PLC和DCS 仍存在核心概念的差别,DCS是一个体系,PLC是一个装置。目前小型的系统大多采用PLC 为主的控制方案,大型则多以DCS为首选。本文主要介绍将我公司沼气干燥及冰机PLC系统整合接入现有DCS系统,最终完成集中操作及分散控制。

一、DCS和PLC区别

DCS是一个体系,PLC是一个装置,这是两者在概念上的根本区别。

在工业自动化领域对于分布式控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)两者孰优孰劣的争论已经持续了至少40年。然而,随着技术的发展,争论并未停止。例如,DCS体系结构源自一种完整的系统方法,其焦点在于基于网络实现分布式控制,协助作业人员监视并操控工厂中的任何一个区域。通过高性能的确定性网络实现一致、同步并且完整的过程数据正是DCS体系结构的核心。

另一方面,PLC体系结构聚焦于灵活快速的本地控制,PLC技术最近的发展为其增加了过程控制能力。当PLC和HMI软件集成在一起时,其最终形态看起来与DCS十分类似,但是这仍旧是一种自建(DIY)的实现方法,意味着工程师必须亲力亲为实现系统的每一个环节。对于控制来说这种方法更加灵活,但是DIY通常意味着在组网和性能上更大的技术风险,其导致的成本增加会在后期慢慢体现。

二、原有系统介绍及改造方案

随着化工项目的不断增加,所使用的控制系统种类繁多,由于供应商不同,造成系统间相互独立,不便于生产操作,在这主要介绍某项目水处理系统的一套整合方案。

2.1 系统现状 某项目水处理主要由浙江中控DCS系统和成套设备自带的38套PLC系统,主工艺流程操作采用DCS集散控制,加药系统及各类撬装设备采用的西门子PLC200、300、1200等系统,存在以下几个弊端：

(1)目前工艺繁杂,系统相互之间没有控制关联,只能起到显示作用,造成操作及反应不及时。

(2)成套PLC系统供货厂家因为商业保密原因,一般程序未开放且不提供密码用于程序修改,造成后期维护困难,硬件损坏后无法通过更换硬件等方式排除故障。

(3)PLC型号多,卡件类型多样,需要储备多种备件,造成备件采购费用高,造成生产成本提高。

2.2 改造的必要性 改造前,我公司的PLC进入了故障多发期。尤其沼气压缩机干燥系统,前期干燥系统发生PLC通讯中断现象,工艺人员无法监控其运行状态及参数,由于PLC程序厂商为保护商业机密将程序加密,不予提供原程序,导致无法用更换硬件的方式排除故障,后采取措施重新敷设电缆,将工艺需要的监测仪表测点引入DCS显示,暂时满足工艺需求,避免了一次因PLC硬件故障造成的水处理系统大面积停车。此类事件的发生,坚定了将成套PLC信号接入DCS控制的决心。

2.3 改造的经济性 因PLC产品进行了损坏周期,PLC卡件类型较多,全部提报备件困难,备品备件费用增大,有些PLC即便有备件,但是由于没有开源程序及密码,无法进行更换维修,只能通过成套PLC厂家处理,这类厂家往往报价很高,因为除了供货厂家其他人员无法处理故障,导致维修制约于人,故障停机时间过长直接经济损失大。

三、改造实施过程

3.1 接入DCS的准备工作 改造前,对沼气干燥成套设备原有硬件进行了梳理,为节约资用,利用原有现场防爆机柜,重点了考虑DCS与现场防爆柜的连接方法,确定防爆柜到现场电缆类型及长度,UPS电源负载分配等。加强了原有PLC程序控制方案资料的收集、整理、消化和吸收,对原有PLC控制逻辑进行了分析,初步确定如何使用浙大中控DCS实施原西门子PLC的控制功能。

3.2 沼气干燥系统的工艺流程 沼气干燥脱水采用外冷却+吸附脱水两种相结合的工艺方式进行沼气脱水处理。该脱水系统由二个撬块组成,分别是一级冷冻脱水撬块和二级分子筛脱水撬块。一级脱水撬块主要由制冷压缩机组(厂家成套提供)、气气换热器、和气水分离器组成。二级分子筛脱水撬主要由过滤器、分子筛吸收塔、再生电加热器、再生气风冷却器、循环风机、再生气分离器、及相关附件组成。

3.3 实现DCS控制的方案 沼气干燥系统硬件部分由西门子PLC、开关阀、液位计、调节阀、压力变送器、远传温度计、加热器、压缩机组成。由沼气压缩机增压含饱和水蒸气的沼气(不含液态水)进入到一级冷冻脱水撬块的制冷机组通过制冷剂制冷冷却,其中部分水蒸气冷凝成冷凝水,冷却后的气体进入气液分离器,将沼气中冷凝下来的冷凝水进行分离,气水分离器液位LT0101与调节阀LV0101调节阀组成单回路控制方案,用于控制分离器的液位及凝结水的排出。分离后的气体经过气气换热器与沼气压缩机来的气体进行换热复热后进入吸附塔1工作,吸附塔2进入再生状态,即先将阀4、2关闭,阀6、8开启,然后压缩机、主、副加热器启动,根据时间和温度自动进行控制,当吸附塔2再生完成后,阀门会进行自动切换另一个塔的状态。再生过程析出已被吸附的水分,由流动的高温干燥气体带走至冷却器,温度降低至五十度左右,其中的水气凝结成水,由气水分离器分离,再生分离器液位LT0102与LV0102调节阀组成单回路控制方案,用于控制凝结水的排出,这是整个沼气干燥控制方案,确定控制方案后,在DCS组态管理软件6＃控制站中对沼气干燥的控制逻辑进行搭建,搭建完成后下载发布,先对逻辑进行离线测试。离线测试成功后线进行在线逻辑测试,经过测试整个系统能正常运行。

四、结论

在成套设备资料并不齐全,改造过程复杂的不利条件下,经过组员的团结一心,解决了很多改造中的难题,且通过对沼气干燥系统接入DCS改造,长期避免因成套PLC故障造成停车,有效保证了水处理系统的稳定性,减少非计划停车次数,节约了生产成本,DCS统一控制后,便于系统维护及优化,减少了现场仪表人员维护工作量。