做座莱钢10空分装置控制系统的设计

莱钢10#空分装置控制系统的设计

1 概述

莱芜钢铁集团有限公司于2003年12月投产的10#制氧机是一套22000m3/h内压缩流程制氧机组。该机组主体设备为杭州空分设备厂提供。采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料塔、氧气内压缩等先进工艺流程。整套机组包括：空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机系统、分馏塔系统、氮气压缩系统、液体贮存系统等。莱芜钢铁集团有限公司自动化部经过论证后采用现场总线、DCS、PLC等先进技术相结合的控制方法，实现了该机组自动控制、数据通讯及上位机管理。

2 控制系统硬件配置及技术特点

2.1 控制系统硬件配置

AC800F DCS是ABB公司推出的一种全能综合型控制系统，集DCS和PLC优点于一体，支持多种国际现场总线标准，既可连接常规I/O，又可连接Remote I/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等现场总线设备。系统分为两级：操作管理级（OS、ES、关GS）和过程控制级（过程站PS、现场控制器AC800F）。

莱钢10#制氧机DCS选用的是AC800F和Profibus现场总线，并带有2个操作员站OS、1个工程师工作站ES，具有电源、操作站、控制器冗余功能。通过标准TCP/IP协议以太，实现整个流程中空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压压缩、膨胀透平、氧氮精馏、氩精馏、氮气压缩等子系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。硬件配置示意图如下图1：

图1 硬件配置示意图

其中ES和OS选用了目前流行的P4微机。1台EPSON LQ-1600K针式打印机实时打印报警和操作；1台彩色激光打印机打印报表、程序和画面等。

现场总线控制器AC800F由基本单元、电源和以太卡、现场总线接口卡组成，其中：底板为基本单元PM802F，按照用户组态的控制应用程序进行运算和控制；另有7个槽，其中P1槽插电源模块SA801F，为卡件提供5VDC/5A工作电源和3.3VDC/5A辅助电源；E1和E2槽插冗余以太卡EI803F，F1~F4槽插现场总线接口卡，本系统选用的是Profibus现场总线接口卡FI830F。

用2个现场总线控制器AC800F可实现控制器冗余，主从AC800F之间可无扰动整体切换。每个AC800F上都有两个以太卡EI803F，提供10BaseT接口，第一个用于连接系统络（DigiNetS），2个现场总线控制器AC800F的第二个卡之间彼此互连，形成专门的冗余通讯链接（DigiNetR），以确保主从AC800F之间的信息同步。一旦主AC800F故障，从AC800F能迅速无扰动的接替工作。

组态结果和实时过程数据存储在RAM中，以太卡和电源卡上装有RAM后备电池，可在掉电时保持组态内容和数据。去年

AC800F控制器通过Profibus现场总线接口卡FI830F与S800 I/O相连，实时采集现场信号并将控制运算结果送到相应的信号输出模件。

根据系统实际需要，共配置有3个S800 I/O站。每个S800 I/O站有12个槽（0~11），其中第0个槽插CI830模件，用于与Profibus-DP主站连接，并设定Profibus-DP从站地址；第1~11个槽可混插各种类型的I/O模件。

空气压缩机采用SIEMENS S PLC控制，氮气压缩机采用AB SLC5 PLC控制，通过标准TCP/IP协议以太实现与主DCS系统的数据通讯。

2.2系统配置采用的新技术和特点

2.2.1 可变周期任务运行

ABB AC800F控制器采用RISC处理器芯片，程序采用“任务运行”方式，每个任务都可设定运行周期和优先级。所以该控制器既可满足复广泛利用于PVC制品的冲击改性杂调节回路控制要求，又可满足快速电气开关量控制，从而一个控制器可以覆盖工厂所有环节的控制要求且系统编程语言符合IEC标准。

2.2.2 开放的TCP/IP协议以太技术

ABB AC800F控制器系统通信模件为标准TCP/IP协议以太模件，使系统无须增加设备就可与工厂局域连接；由于系统支持各种OPC数据交换标准，使系统与各种第三方数据库或软件的数据交换更加容易。

2.2最内层采取PTFE、PFA等材质.3 整体冗余切换技术

用2个现场总线控制器AC800F可实现控制器1：1冗余，每个AC800F上都有两个以太卡EI803F，提供10BaseT接口，第一个用于连接系统络 （DigiNetS），2个现场总线控制器AC800F的第二个卡之间彼此互连，形成专门的冗余通讯链接（DigiNetR），以确保主从AC800F之间的信息同步。一旦主AC800F故障，从AC800F能迅速无扰动的接替工作，实现无扰动整体切换。

2.2.4 PROFIBUS-DP现场总线技术

PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PR定制化工程聚合物配方OFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

3 实现的主要控制功能和技术特色

本控制系统可实现整个空分流程中空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压压缩、膨胀透平、氧氮精馏、氩精馏、氮气压缩等子系统