JX-300XDCS系统在空分装置中的应用
日期：2008-10-30 0:04:15 来源：中国自动化网
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1 引言
JX-300XDCS系统是浙大中控公司90年代推出的集散控制系统，是当今在国内市场广泛应用的较先进的控制系统。近几年来在空分（制氧）行业应用得到较好评价。以南昌钢铁有限责任公司1万制氧机组为例，介绍该系统的一些典型的控制方案及特性。
2 空分装置及其控制方式介绍
南昌钢铁有限责任公司1万米制氧机组是杭氧产第六代空分装置。装置采用了规整填料塔、全精馏无氢制氩流程，整个空分装置集成了空气透平压缩机（德国产Altas CopCO空压机）、空气预冷系统、分子筛吸附系统、膨胀机系统、板式换热器及分馏塔系统、氩系统、氧气透平压缩机、氮气压缩机、氧氮氩贮存等许多分系统，包含的自动控制策略有闭环（包括单回路、分程、专家规则）控制、自动程序控制、报警及联锁控制等，控制方式以DCS集中控制为主，结合机旁盘控制为辅，其中DCS系统是采用浙大中控公司SUPCON JX－300XDCS系统，主要工艺参数（包括电控系统的主要参数和公用工程主要参数）的显示、趋势记录、历史事件记录、报警、控制、调节、打印、制表及流程图画面动态显示等均由DCS系统完成。
3 DCS系统硬件构成
3.1 JX－300XDCS系统整体结构介绍
系统主要是由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成，图1为其结构框图。
图1 JX-300X系统结构图
系统采用了信息管理网、过程控制网、控制站内部网络三层通信网络结构。其中最上层为信息管理网，采用了符合TCP/IP协议的以太网，信息管理网连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级信息传送和管理。中间层为过程控制网（名称为SCnet Ⅱ），采用了双高速冗余工业以太网，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。现场采集的数据通过信号线送至DCS的I/O模块进行A/D转换处理，再通过SBUS进入系统完成各种控制。
3.2 南钢空分DCS硬件配置及特性
根据需要，系统共配置2个操作站、2个控制站、1个远程操作站、1个工程师站，其DCS控制系统的组成框图如图2。通过光缆进行远程监控，建立远程监控系统，亦为以后利用该站作为服务器建立PMIS生产过程信息管理系统打下基础。
图2 南钢DCS系统配置框图
控制系统网络、电源均采用热备双冗余配置，并根据检测控制测点的重要性，其它卡件，按一定比例冗余配置，当任一设置为冗余方式的工作卡件发生故障时，备用卡件即迅速自动切换，整个系统仍按原进程工作，不影响整个系统的工作状态，工作/备用卡件之间的运行状态同步速度达1Mbps。整套DCS系统测点数见表1。
表1系 统 测 点 数 表
3 JX-300X DCS系统组态特点
JX-300X DCS系统的组态工作是通过SCKey组态软件来完成，SCKey组态软件（含实时监控软件）是一个全面支持该系统各类控制方案的组态软件平台，是运用面向对象（OOP）技术和对象链接与嵌入（OLE2）技术，基于中文WINDOWS系列操作系统开发的32位应用软件，界面友好（通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界面），功能强大，具有强大的在线帮助功能，所有帮助均为中文，组态方便、简单。
组态软件SCKey集控制程序和监控画面的编制于一身，用户可以根据自身特点选用常规控制方案及自定义方案，可选择编程语言：SCX语言、SCCtrol图形化控制方案（含LD语言编程、FBD语言编程、SFC语言编程），整个项目通过一个直观的项目树分层次进行管理。
4 系统组态及系统功能
整套空分系统联锁、调节、步序控制较多，根据各系统特点、从控制、维护、安全等方面考虑，使JX-300X组态软件的一些特点得到了较全面的体现。
4.1空气透平压缩机控制方案的实施
空压机为德国Atlas CopCo 公司生产，控制系统从一次仪表至控制方案均为原装进口产品，仅设置机旁启动操作柜，所有的控制方案均在DCS上完成。
主要有三部分控制：常规控制（温度、压力指示报警、联锁等）、进口导叶控制调节、防喘阀控制调节。常规控制通过SCCtrol图形化控制方案编程完成；导叶、防喘阀控制通过SCX语言编程完成，见图3控制框图。
图 3 控制框图
（1） 进口导叶调节阀控制。由两个HIC1031、PIC1044两个控制回路控制, 两个回路控制为自动无扰动切换。当空压机电流I1023≥528A时，由HIC1031控制，PIC1044跟踪HIC1031的输出值；当电流低于528A时，入口导叶由PIC1044控制，HIC1031跟踪PIC1044。
（2） 空压机放空阀控制。由FV1046KD、PIC1045、HIC1046三个回路控制，根据外国专家提供防喘经验公式，利用SCX语言编程，空压机实际流量值FI1031与喘振安全值SP进行比较，完成不同工况下对防喘调节阀的自动控制，各回路切换均为无扰动切换。当“PI1044”“空压机排气压力”大于0.57Mpa时并且FI1031>SP时这时PIC1045控制放空阀；当“PI1044”“空压机排气压力”大于0.57Mpa时并且FI1031WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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JX-300XDCS系统是浙大中控公司90年代推出的集散控制系统，是当今在国内市场广泛应用的较先进的控制系统。近几年来在空分（制氧）行业应用得到较好评价。以南昌钢铁有限责任公司1万制氧机组为例，介绍该系统的一些典型的控制方案及特性。
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2 空分装置及其控制方式介绍
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南昌钢铁有限责任公司1万米制氧机组是杭氧产第六代空分装置。装置采用了规整填料塔、全精馏无氢制氩流程，整个空分装置集成了空气透平压缩机（德国产Altas CopCO空压机）、空气预冷系统、分子筛吸附系统、膨胀机系统、板式换热器及分馏塔系统、氩系统、氧气透平压缩机、氮气压缩机、氧氮氩贮存等许多分系统，包含的自动控制策略有闭环（包括单回路、分程、专家规则）控制、自动程序控制、报警及联锁控制等，控制方式以DCS集中控制为主，结合机旁盘控制为辅，其中DCS系统是采用浙大中控公司SUPCON JX－300XDCS系统，主要工艺参数（包括电控系统的主要参数和公用工程主要参数）的显示、趋势记录、历史事件记录、报警、控制、调节、打印、制表及流程图画面动态显示等均由DCS系统完成。
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3.1 JX－300XDCS系统整体结构介绍
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图1 JX-300X系统结构图
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系统采用了信息管理网、过程控制网、控制站内部网络三层通信网络结构。其中最上层为信息管理网，采用了符合TCP/IP协议的以太网，信息管理网连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级信息传送和管理。中间层为过程控制网（名称为SCnet Ⅱ），采用了双高速冗余工业以太网，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。现场采集的数据通过信号线送至DCS的I/O模块进行A/D转换处理，再通过SBUS进入系统完成各种控制。
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3.2 南钢空分DCS硬件配置及特性
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4 系统组态及系统功能
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整套空分系统联锁、调节、步序控制较多，根据各系统特点、从控制、维护、安全等方面考虑，使JX-300X组态软件的一些特点得到了较全面的体现。
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4.1空气透平压缩机控制方案的实施
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主要有三部分控制：常规控制（温度、压力指示报警、联锁等）、进口导叶控制调节、防喘阀控制调节。常规控制通过SCCtrol图形化控制方案编程完成；导叶、防喘阀控制通过SCX语言编程完成，见图3控制框图。
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图 3 控制框图
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（1） 进口导叶调节阀控制。由两个HIC1031、PIC1044两个控制回路控制, 两个回路控制为自动无扰动切换。当空压机电流I1023≥528A时，由HIC1031控制，PIC1044跟踪HIC1031的输出值；当电流低于528A时，入口导叶由PIC1044控制，HIC1031跟踪PIC1044。
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（2） 空压机放空阀控制。由FV1046KD、PIC1045、HIC1046三个回路控制，根据外国专家提供防喘经验公式，利用SCX语言编程，空压机实际流量值FI1031与喘振安全值SP进行比较，完成不同工况下对防喘调节阀的自动控制，各回路切换均为无扰动切换。当“PI1044”“空压机排气压力”大于0.57Mpa时并且FI1031>SP时这时PIC1045控制放空阀；当“PI1044”“空压机排气压力”大于0.57Mpa时并且FI1031
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4.2 分子筛运行程序控制方案的实施
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分子筛控制系统是整套制氧机组空分部分的关键。它的运行可靠是保证空分设备安全、长期稳定运行的关键，系统控制14个切换阀周期动作（共11步），采用了SCX语言、结合动态流程图设计，其特点有：
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程序具有：手/自动切换、暂停、强制步进、单点点动（只有处于手动时，单点点动才有作用）等功能。
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流程图中动态显示工作步、工作状态。
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具有任意调整切换周期功能（改变充压、泄压、工作、冷吹、加温等时间），并在流程图中显示。
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流程图中动态反映各切换阀状态。
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各切换阀及电加热器、泄压压力具有自诊断功能，当各阀状态与程序发出指令不一致时，发出报警信号，提示操作人员确认、调整；（这点在实际生产中发挥了巨大作用）。
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4．3氧透启动、停机、故障控制方案的实施
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氧透启动、正常停机、故障喷氮紧急停车自动程序的设置直接关系到该机组的安全运行、生产，氧透共有各类测点128个（其中进DCS有83点，现场盘45点），近100个测点进行自动控制，15个调节阀，系统利用LD语言编制氧透启动联锁、停车联锁、故障喷氮联锁程序，利用SFC顺控图编制氧透自动启动程序、正常停车自动程序、故障紧急喷氮停车程序（15个调节阀分9—12步动作）。
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利用LD编制联锁程序，在线运行调试时，可以很方便地发现故障点；SFC顺控图编制工作步程序，有利于故障测点记录，观测。
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4．4自定义变量建立及应用
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JX-300XDCS系统具有强大自定义方案组态功能，包括自定义回路组态、1字节变量定义、2字节变量定义、4字节变量定义、8字节变量定义。设置简单、应用方便快捷，南钢1万空分共设置了21个8字节变量用于各类流量记录、显示；60路自定义控制回路用于调节阀的控制；3个4字节变量、87个2字变量、269个1字节变量用于系统的联锁控制，自定义变量的应用，使操作人员、维护人员工作变得较为方便，可以方便地取消联锁、观察各设备参数状态、对仪表进行调整等。
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