成套PLC接入DCS系統統一進行控制的優勢

陳 勇

國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油儀表管理中心 寧夏 銀川 750411

引言

目前,在工業環境下控制系統基本都是以DCS、PLC為主,兩者都是計算機與工業控制技術相結合的產物,通過I/O 卡件完成與一次元件和執行機構的數據交換。但PLC和DCS 仍存在核心概念的差別,DCS是一個體系,PLC是一個裝置。目前小型的系統大多采用PLC 為主的控制方案,大型則多以DCS為首選。本文主要介紹將我公司沼氣干燥及冰機PLC系統整合接入現有DCS系統,最終完成集中操作及分散控制。

一、DCS和PLC區別

DCS是一個體系,PLC是一個裝置,這是兩者在概念上的根本區別。

在工業自動化領域對于分布式控制系統(DCS)與可編程邏輯控制器(PLC)兩者孰優孰劣的爭論已經持續了至少40年。然而,隨著技術的發展,爭論并未停止。例如,DCS體系結構源自一種完整的系統方法,其焦點在于基于網絡實現分布式控制,協助作業人員監視并操控工廠中的任何一個區域。通過高性能的確定性網絡實現一致、同步并且完整的過程數據正是DCS體系結構的核心。

另一方面,PLC體系結構聚焦于靈活快速的本地控制,PLC技術最近的發展為其增加了過程控制能力。當PLC和HMI軟件集成在一起時,其最終形態看起來與DCS十分類似,但是這仍舊是一種自建(DIY)的實現方法,意味著工程師必須親力親為實現系統的每一個環節。對于控制來說這種方法更加靈活,但是DIY通常意味著在組網和性能上更大的技術風險,其導致的成本增加會在后期慢慢體現。

二、原有系統介紹及改造方案

隨著化工項目的不斷增加,所使用的控制系統種類繁多,由于供應商不同,造成系統間相互獨立,不便于生產操作,在這主要介紹某項目水處理系統的一套整合方案。

2.1 系統現狀 某項目水處理主要由浙江中控DCS系統和成套設備自帶的38套PLC系統,主工藝流程操作采用DCS集散控制,加藥系統及各類撬裝設備采用的西門子PLC200、300、1200等系統,存在以下幾個弊端：

(1)目前工藝繁雜,系統相互之間沒有控制關聯,只能起到顯示作用,造成操作及反應不及時。

(2)成套PLC系統供貨廠家因為商業保密原因,一般程序未開放且不提供密碼用于程序修改,造成后期維護困難,硬件損壞后無法通過更換硬件等方式排除故障。

(3)PLC型號多,卡件類型多樣,需要儲備多種備件,造成備件采購費用高,造成生產成本提高。

2.2 改造的必要性 改造前,我公司的PLC進入了故障多發期。尤其沼氣壓縮機干燥系統,前期干燥系統發生PLC通訊中斷現象,工藝人員無法監控其運行狀態及參數,由于PLC程序廠商為保護商業機密將程序加密,不予提供原程序,導致無法用更換硬件的方式排除故障,后采取措施重新敷設電纜,將工藝需要的監測儀表測點引入DCS顯示,暫時滿足工藝需求,避免了一次因PLC硬件故障造成的水處理系統大面積停車。此類事件的發生,堅定了將成套PLC信號接入DCS控制的決心。

2.3 改造的經濟性 因PLC產品進行了損壞周期,PLC卡件類型較多,全部提報備件困難,備品備件費用增大,有些PLC即便有備件,但是由于沒有開源程序及密碼,無法進行更換維修,只能通過成套PLC廠家處理,這類廠家往往報價很高,因為除了供貨廠家其他人員無法處理故障,導致維修制約于人,故障停機時間過長直接經濟損失大。

三、改造實施過程

3.1 接入DCS的準備工作 改造前,對沼氣干燥成套設備原有硬件進行了梳理,為節約資用,利用原有現場防爆機柜,重點了考慮DCS與現場防爆柜的連接方法,確定防爆柜到現場電纜類型及長度,UPS電源負載分配等。加強了原有PLC程序控制方案資料的收集、整理、消化和吸收,對原有PLC控制邏輯進行了分析,初步確定如何使用浙大中控DCS實施原西門子PLC的控制功能。

3.2 沼氣干燥系統的工藝流程 沼氣干燥脫水采用外冷卻+吸附脫水兩種相結合的工藝方式進行沼氣脫水處理。該脫水系統由二個撬塊組成,分別是一級冷凍脫水撬塊和二級分子篩脫水撬塊。一級脫水撬塊主要由制冷壓縮機組(廠家成套提供)、氣氣換熱器、和氣水分離器組成。二級分子篩脫水撬主要由過濾器、分子篩吸收塔、再生電加熱器、再生氣風冷卻器、循環風機、再生氣分離器、及相關附件組成。

3.3 實現DCS控制的方案 沼氣干燥系統硬件部分由西門子PLC、開關閥、液位計、調節閥、壓力變送器、遠傳溫度計、加熱器、壓縮機組成。由沼氣壓縮機增壓含飽和水蒸氣的沼氣(不含液態水)進入到一級冷凍脫水撬塊的制冷機組通過制冷劑制冷冷卻,其中部分水蒸氣冷凝成冷凝水,冷卻后的氣體進入氣液分離器,將沼氣中冷凝下來的冷凝水進行分離,氣水分離器液位LT0101與調節閥LV0101調節閥組成單回路控制方案,用于控制分離器的液位及凝結水的排出。分離后的氣體經過氣氣換熱器與沼氣壓縮機來的氣體進行換熱復熱后進入吸附塔1工作,吸附塔2進入再生狀態,即先將閥4、2關閉,閥6、8開啟,然后壓縮機、主、副加熱器啟動,根據時間和溫度自動進行控制,當吸附塔2再生完成后,閥門會進行自動切換另一個塔的狀態。再生過程析出已被吸附的水分,由流動的高溫干燥氣體帶走至冷卻器,溫度降低至五十度左右,其中的水氣凝結成水,由氣水分離器分離,再生分離器液位LT0102與LV0102調節閥組成單回路控制方案,用于控制凝結水的排出,這是整個沼氣干燥控制方案,確定控制方案后,在DCS組態管理軟件6＃控制站中對沼氣干燥的控制邏輯進行搭建,搭建完成后下載發布,先對邏輯進行離線測試。離線測試成功后線進行在線邏輯測試,經過測試整個系統能正常運行。

四、結論

在成套設備資料并不齊全,改造過程復雜的不利條件下,經過組員的團結一心,解決了很多改造中的難題,且通過對沼氣干燥系統接入DCS改造,長期避免因成套PLC故障造成停車,有效保證了水處理系統的穩定性,減少非計劃停車次數,節約了生產成本,DCS統一控制后,便于系統維護及優化,減少了現場儀表人員維護工作量。