Experion PKS系統在卸儲煤裝置的實際應用

李斌(神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010)

0 引言

某煤化工公司是集煤制甲醇、煤制烯烴、發電于一體的綜合性化工企業。該公司熱電卸儲煤裝置工程裝置采用來煤整列進廠、雙線雙翻車機卸載、三座圓形筒倉儲煤、破碎機破碎工藝。廠內設置卸煤鐵路線共6條，兩條重車線、兩條空車線，1條機車走行線，1條到發線。日卸煤6～7列車。卸車后，原料煤(或燃料煤)由帶式輸送機轉載輸送到相應圓形筒倉儲存。筒倉采用直徑為30米，高為75米，儲存能力為3萬噸的3座圓形筒倉。這即能達到環保要求，又能減少了煤的損耗。儲煤筒倉安裝了一系列保護設施，包括：防堵設施(安裝有108門空氣炮)、煤倉防爆設施(倉頂安裝有防爆門)、安全監測傳感器、自燃處理設施(氮氣保護系統)。圓形筒倉采用皮帶機多點進料，振動給料機多點排料，取料原則為先進先出。圓形筒倉的原料煤(或燃料煤)由給料機給料后，經筒倉下帶式輸送機、#2轉載站帶式輸送機輸送到碎煤站。原料煤進碎煤站后采用細碎機進行破碎。入料粒度為小于50mm，出料粒度小于10mm。然后經帶式輸送機輸送到煤氣化裝置的煤倉間。燃料煤進碎煤站后，先篩分，后破碎。燃料煤30mm分級，篩上品≥30mm進入破碎機破碎至＜30mm，然后與篩下品＜30mm混合，經帶式輸送機輸送到熱電站鍋爐煤倉間。燃料煤篩分破碎設有旁路系統，當來煤粒度＜30mm時，不經過篩分破碎直接轉載進入熱電站鍋爐煤倉間。

程控流程

(1)振動給料機：翻車機將煤卸入受煤槽，由振動給料機將煤卸到皮帶上運走。每個受煤槽下安裝5臺振動給料機，共十臺，單臺出力500t/h，功率為4.4kW。工藝人員可以進行手動啟停，DCS控制系統可實現連鎖啟停。

(2)帶式輸送機：從翻車機房至筒倉輸送系統共有8條皮帶，此套系統采用雙路布置，一路運行，一路備用，并且雙路可同時運行，單路輸煤出力為2000t/h。其中，受料槽下皮帶兩條，至一號轉載站皮帶兩條，上筒倉皮帶兩條，筒倉上配倉皮帶兩條。工藝人員可以進行手動啟停，DCS控制系統可實現連鎖啟停。

(3)電站配煤：主要的任務是將筒倉內儲存的燃料煤通過皮帶輸送到電站原煤倉內，以供電站燃煤生產蒸汽使用。

(4)氣化配煤：主要的任務是將筒倉內儲存的原料煤通過皮帶輸送到氣化裝置的原煤倉內，以供氣化裝置水煤漿氣化生產使用。

整個卸儲煤裝置控制系統由Experion PKS C300系統和部分成套設備PLC控制系統組成。卸儲煤裝置工藝過程的控制、監測、記錄、報警等功能由DCS系統完成。成套設備的控制由其配帶控制系統完成。控制方式上除常規調節控制系統外，還有復雜控制回路、順序控制等。

DCS控制電源采用不同母線段的雙回路供電，自動切換，配備雙UPS電源以及全冗余容錯24V直流電源。

本系統設有多種運行方式。各控制方式互為閉鎖。各生產流程，既能相互聯鎖工作，又能獨立運行。系統采用逆煤流起車，順煤流停車。系統啟動前對整個運煤系統沿線發出聲光報警信號，通知現場人員離開。由于與本系統相關的熱電站和煤制氣化裝置的控制系統均為DCS，為便于統一監控與管理，根據總體設計要求，卸儲煤系統亦采用DCS控制系統，并作為熱電站DCS系統的一個分系統，以完成對輸煤膠帶機、給煤機等設備的監視、控制、報警、聯鎖保護。

1 Experion PKS系統介紹

Experion PKS C300 系統是Honeywell公司最新推出得基于批處理、過程控制、SCADA 應用的開放的混合集散控制—DCS(Distributed control system)系統。系統集過程控制組態及維護工具于一體，高性價比的C300控制器集成了邏輯控制、回路調節控制、順序控制和批量控制為一體，它能完成工廠里常見的連續過程控制、產品批量處理、離散量操作、設備控制等生產控制。通過系統提供的大量功能塊庫很方便來實現控制策略組態，滿足控制需要，用組態的方式提供監視操作。

2 Experion PKS系統硬件配置

卸儲煤DCS控制系統硬件配置策略：(1)卸儲煤主站，1對Experion PKS系統的C300控制器；(2)運儲煤分站，2對Experion PKS系統的C300控制器，通過光纖連接至卸儲煤服務器；(3)#3轉載DCS分站，1對Experion PKS系統的C300控制器，通過光纖連接至卸儲煤服務器；(4)電站煤倉間遠程IO站，通過光纖連接至#3轉載DCS分站。

卸儲煤DCS總點數為3070點，其中：(1)模擬量輸入點(AI)為299點；(2)模擬量輸出點(AO)為37點；(3)開關量輸入點(DI)為1650點；(4)開關量輸出點(DO)為1084點。現場控制室中DCS系統柜為5個、系統服務器柜1個、端子柜7個、繼電器柜5個、配電柜1個。

(1)控制站-Experion PKS系統的C300控制器作為DCS主控制器。每對C300最多可支持 64個冗余I/O模件，每個機柜內的I/O模件可以配置為16通道的AI卡或AO卡，均支持HART協議；64通道的三線制熱電阻或兩線制熱電偶低電平型AI卡；32通道的24V直流輸入型DI卡或100V/120V/125V/240V交流輸入型的DI卡；32通道的直接觸點輸出型或繼電器隔離輸出型DO卡。支持2個IOLINK接口，每個IOLINK 最多可以連接40個冗余模件。硬件具有垂直設計，集成接線，減少占用機柜內的面積；雙列接線端子，易于安裝和維護；可選冗余，最大增加了系統的可用行；獨特的散熱管理，增加了產品的壽命；具有啟動診斷與運行診斷程序等特點。

(2)工程師站、ES-C操作員站，選用Dell工作站T5400平臺和霍尼韋爾專用的操作員鍵盤。工藝人員可以方便地使用操作員鍵盤，快速切換流程畫面，以實現工藝參數的調整及監控。

(3)歷史數據服務器/系統服務器，選用DellPE2950平臺。分布式服務器結構(DSA)，集成多個過程控制過程，或多段控制單元。可用于地理位置上分散的各機柜間集散系統的互聯，有多個遠程站，一般都有中央控制室。

(4)網絡通信系統-控制網絡采用霍尼韋爾專利權的容錯以太網FTE，由兩個Cisco Catalyst 2960交換機組網，提供100Mb傳輸速率。操作員站、工程師站、網絡打印機等設備直接連接到FTE控制網上，DCS控制器通過防火墻連接到FTE控制網上。在已有可靠的網絡架構基礎上，增加另外一層高安全防護可以拒絕接受所有控制器不需要的信息；如果通訊速度變慢，將對那些不重要的信息流進行控制。

(5)與各種子系統的接口-基于Modbus通訊協議和RS422/485，Ethernet等連接方式的原則與PLC等子系統實現集成。

(6)所有人機界面的控制臺(Console站)和打印機。

(7)系統機柜、輔助機柜(端子/繼電器柜，網絡設備柜，配電柜等)以及連接電纜。

3 Experion PKS系統軟件配置

PKS 用于組態的工具都集成于 Configuration Studio 的軟件包中，主要有下列工具：

(1) CONTROL BUILDER(控制生成器)，用于組態控制器上的控制策略，即編寫和監控下位機程序。

(2) DISPLAY BUILDER(顯示生成器)，用于組態上位機畫面及數據顯示。

(3) STATION,(工作站軟件)，用于監視控制顯示畫面及部分組態功能。

(4) QUICK BUILDER(快速生成器)，用于組態工作站(Flex站)，打印機及第三方控制器。

(5) KNOWLEDGE BUILDER(Experion PKS的在線文件庫)，用于提供Experion PKS在線幫助，可以查詢每個功能塊的使用幫助，以及一些問題的處理方法。

(6)各種公用程序。

4 Experion PKS C300系統日常維護與常見組態故障

任何控制系統正常穩定的運行，是建立在正確和完備的維護基礎之上的，沒有那個控制系統廠家可以保證它自己的控制系統是免維護，不會出問題的。Experion PKS C300 系統同樣不例外，維護一般分為日常巡檢維護和定期停工維護。

(1)日常維護應以仔細分析在線診斷信息，及時確認并消除系統報警信息，對不能消除的系統報警，應著重分析原因，并采取正確的方法進行處理。日常的巡檢內容有：①電源模塊、控制器、防火墻卡件運行正常，無故障報警；②檢查服務器、操作站及工程師站硬件和軟件正常運行，與控制器通訊無故障；③檢查服務器磁盤空間，對無用的數據進行清理，以便釋放磁盤空間；④檢查服務器內存使用率是否正常，服務器內存正常使用率不應超過75%。

(2)定期停工維護是趁著工藝停車消缺等機會對控制系統進行維護。此時，可以進行一些正常生產時對控制系統無法開展的消缺工作，主要內容有：①將邏輯組態、圖形畫面、數據庫進行備份，對服務器和操作站的操作系統進行備份并將其刻錄光盤保存，以備有問題時進行操作系統及數據的還原；②確認機柜內所有設備都已經停運后，逐級對系統進行下電，停止機柜的供電電源，戴好防靜電手環，鋪好防靜電墊布，對卡件拆下進行除塵清理，一定要做好標記，回裝時才能保證插回原來的插槽，卡件回裝必須正確無誤；③更換控制器電池；④逐級對系統進行上電；⑤恢復控制器程序。

(3)常見組態故障處理：控制策略在組態軟件CONTROL BUILDER內下裝時，彈出錯誤對話框，可能的原因有：①控制策略中有組態錯誤的地方，復制錯誤對話框中的錯誤代碼，在KNOWLEDGE BUILDER中，查找到該錯誤代碼，按照說明，修改錯誤，然后再下裝；②在工程師站下裝彈錯誤，而在服務器上可以下裝成功，則有可能是工程師站和服務器WINDOWS登錄密碼不一致導致的，將兩者WINDOWS登錄密碼修改一致，工程師站下裝程序就不會再彈下裝失敗的錯誤了。

服務器出現故障需要重啟的處理方法：①重啟服務器前查看服務器的主備，可以先重啟備用服務器。②服務器重啟完成后登陸administrator賬戶，待各項服務運行后打開station軟件同步主備服務器。③同步完成后在station軟件中手動切換主備服務器。④切換完成后重啟原主服務器。⑤服務器重啟完成后登陸administrator賬戶，待各項服務運行后打開station軟件同步主備服務器。⑥服務器重啟完成后如果AB服務器運行均無異常，則令A服務器為主服務器，B服務器為備用服務器，AB之間保持同步。

5 結語

卸儲煤裝置自投產以來，除了卸儲煤主站機柜間和運儲煤分站環境稍好，#3轉載DCS分站和電站煤倉間遠程IO站，因為靠近輸煤皮帶，空氣中煤灰比較大，環境比較惡劣，雖然也有DCS系統IO卡件、通道及底板、繼電器損壞等情況的發生，但是Experion PKS還是依靠其穩定的工作表現順利通過了生產工藝的考驗，也證明了其強大的功能，是可以滿足工藝要求的，為各裝置的平穩生產提供了有力的保障。