ControlLogix在中海油氮氣空分項目中的應用

Computer Era No 9 2009ControlLogix在中海油氮氣空分項目中的應用林少榮’,張文杰2,王東國(1.中海石油患州石化分公司,廣東惠州516086;2.浙江天博偉業(yè)科技有限公司)摘要:中海油600Nm3/h氪氣空分項目PLC控制系統采用了全球領(lǐng)先的自動(dòng)化品牌產(chǎn)品 Rockwell Automation,該系統基于上位機監控軟件 RSView se和 ControlLogiⅸx系列可編程控制器。由于此類(lèi)系統配置在現代空分行業(yè)較少使用,因此文章全面介紹了整個(gè)系純的軟硬件、通訊和安全可靠性的配置情況,并對分子篩系統的設計與實(shí)現作了詳細介紹。關(guān)鍵詞: CNOOC;空氣分離; NetLinx;分子篩; ControlLogix;Application of ControlLogix in Nitrogen Air Separation Project of CNOOCLIN Shao-rong. ZHANG Wen-jie, WANG Dong-guo(L. CNOOC Energy Technology Senvices-Petrochemicals Co, Huizhou, Guangdong 516068 China;: 2. Zhe Jiang Tian Bo Technology Co, Lid)Abstract: The PLC control system for 6000Nm3/h nitrogen air separation project of CNOOC adopts the globalbranded product Rockwell Automation. The system is based on upper computer moRSView SE and ControlLogixseries programmable controller. Due to the system configuration rarely used in modern airindustry, the configurations ofhardware and software, communication, and safe reliability in the whole system are overall introduced. Also the design andintroduced in detailKey words: CNOOC: air separation; NetLinx; molecule sift; ControlLogix: SFC0引言由于采用了規整填料塔,系統達到了無(wú)氫制氬的目的?；葜?200萬(wàn)噸煉油項目是中海油( CNOOC投資建設的第該空分項目控制系統采用的是全球知名的自動(dòng)化品牌座大型煉油廠(chǎng),在設計、工藝技術(shù)建造水平和環(huán)保標準上都 Rockwell Automation,該品牌的 ControlLorⅸx控制系統以其高達到際一流水平。該項目結束了中海油“有采無(wú)煉"的歷史,可靠性適應工業(yè)過(guò)程強大的網(wǎng)絡(luò )功能等特點(diǎn)廣泛應用于各也使中海油一步跨進(jìn)煉油項目的高端開(kāi)始了與中石油中石化種生產(chǎn)工藝過(guò)程可實(shí)現順序控制回路調節數據采集和分散的正面競爭?？刂萍泄芾硎菍?shí)現機電一體化的重要手段和發(fā)展方向?？辗窒到y是中海油整個(gè)石化基地第一期第一個(gè)投入運行1控制系統結構及硬件構成的項目,目的是向煉油廠(chǎng)提供氮氣燃料空氣分離控制系統由現場(chǎng)控制單元完成數據采集數據處空氣分離是指在一個(gè)標準大氣壓下,根據空氣中各組分的理、控制運算、控制輸出等功能,通過(guò) EtherNetIP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現與上沸點(diǎn)不同(N2:-1958OC,Ar:-1859OC,O2:-18300C),采位監控計算機的信息交互?，F場(chǎng)控制單元通過(guò)監控計算機以用深度冷凍法的原理,通過(guò)精餾來(lái)分離空氣中各組分?？諝夥治淖至斜砬€(xiàn)圖形和動(dòng)畫(huà)的形式顯示現場(chǎng)數據、變化趨勢離裝置主要由空氣壓縮預冷凈化熱交換制冷、精餾和產(chǎn)品氣的壓縮七個(gè)系統組成。另外,空分還有一個(gè)精氬生產(chǎn)系統故障情況和報警狀態(tài),為管理人員的操作提供可靠準確的實(shí)精氬生產(chǎn)系統主要由粗氬塔和精氬塔組成粗氬塔的作用是去時(shí)信息,同時(shí)現場(chǎng)控制單元接受上層管理以太網(wǎng)下發(fā)的命令,除氬餾份中的O含量精氬塔的作用是去除粗氬中的N含量實(shí)現整個(gè)系統的遠程監控式的圖像數據點(diǎn)分布圖和密度分布圖以及相應的數據分區,以術(shù)M機工賣(mài)幽蘸2001數據密度分布圖的各個(gè)峰值為網(wǎng)格密度崗值按照某種等效規2幅辱龍開(kāi)字氨害處理M電工版,2006則將各個(gè)網(wǎng)格密度閾值轉換為 DBSCAN算法對應的各個(gè)e圖毛君贏(yíng)據枕福原理算M清太骨威版2007值。按照從密到疏的原則分階段對圖像數據點(diǎn)密度不同的各1再數懿偷疊據挖福截術(shù)同真考骨模2001122個(gè)局部圖像區域使用局部ε值進(jìn)行聚類(lèi)。在低密度的案類(lèi)中151PaCd方,煤,1面看實(shí)用銀t將高密度類(lèi)中的所有圖像數據點(diǎn)作為一個(gè)對象考慮并可與相。M大香蟲(chóng)200鄰的高密度類(lèi)合并。這樣可以得到多個(gè)密度層次上的案類(lèi)結4北果贏(yíng)零像處[7] Ester M, Kriegel H P, Sander J, et al. A Density-Based Algorithm果,消除使用全局e值而導致的不良結果for Discovering Clusters in Large Spatial Databases with Noise參考文獻Portland: Knowledge Discovery and Data Mining, 19961] Jiawei Han Micheline Kamber是范啁等骨據:概合與計算機時(shí)代2009年第9期該系統采用分散控制集中管理的方式,分上、下兩層結來(lái)自羅克韋爾軟件的 RSLinx和 IoLinx軟件產(chǎn)品。利用市場(chǎng)上構。上層為操作員站(工程師站)及外圍設備,主要完成整個(gè)空現有的軟硬件組件就可為計算機系統提供無(wú)縫接口。氣分離系統運行狀況的動(dòng)態(tài)圖形監控、設備故障信息的記錄和22開(kāi)放式接口查詢(xún)設備運行停止狀態(tài)的記錄和查詢(xún)歷史數據的記錄和查 NetLinx提供了建立完善解決方案所需的各種工具。詢(xún),此外還可以通過(guò)上位機完成PLC程序的修改和下載等工 NetLinx架構不僅提供了 EtherNet/IP, ControlNet、 DeviceNet和作。上位機和PLC站之間采用10M1M工業(yè)以太網(wǎng)連接并 Foundation fieldbus等網(wǎng)絡(luò )連接設備,更重要的是, Netlinx架可以通過(guò)以太網(wǎng)連接廠(chǎng)級網(wǎng)絡(luò )構還包含了優(yōu)化的面向自動(dòng)控制的一整套通用的高級軟件接下層為現場(chǎng)控制級,由兩臺具有雙機熱備結構的口。這些接口是完全開(kāi)放的并能保證最為高效的數據傳輸ControlLogix主機組成。主機和各遠程O(píng)站之間通過(guò)高速、開(kāi)23 Producer/Consumer模式的通信技術(shù)放、確定性的 ControlNet網(wǎng)絡(luò )連接。主機之間采用雙向冗余的基于開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的一種新發(fā)明的解決方案一生產(chǎn)者喀客光纜通訊連接。每臺主機所在的框架中安裝一塊10M100M自戶(hù)模式,允許網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn)同時(shí)從單個(gè)的數據源存取相同適應的 EtherNet/IP網(wǎng)卡,用于連接上位機以實(shí)現對全廠(chǎng)設備的的數據集中監控和對控制器程序的上傳、編輯和下裝。在遠程UO框生產(chǎn)者客戶(hù)模式網(wǎng)絡(luò )的最主要優(yōu)點(diǎn)架中插入一塊 Mod Bus通訊模塊,通訊協(xié)議采用 ModBus總線(xiàn)(1)數據源一旦發(fā)送數據,多個(gè)節點(diǎn)能夠同時(shí)接收數據。標準協(xié)議,三臺壓縮機的控制單元作為 ModBus從節點(diǎn)掛接在(2)精確的同步化網(wǎng)絡(luò )上設備增加,不會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )的通信Mod Bus總線(xiàn)上由PLC主站執行程序完成對壓縮機的數據查量,并且生產(chǎn)者的數據可同時(shí)傳輸到所有消費者處。詢(xún)和參數設置等操作生產(chǎn)者客戶(hù)模式網(wǎng)絡(luò )主要支持下述功能控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖1所示。(1)組成主從、多主或對等通信結構(2)組成混合系統結構(主從、多主和對等設備的任意混合)(3)在一條鏈路上信息類(lèi)型的任意混合顯示報文發(fā)送數據3監控系統的熱備冗余配置隨著(zhù)制造業(yè)競爭的加劇制造商更加追求生產(chǎn)設備的可靠性,尤其是那些控制關(guān)鍵性生產(chǎn)工序的設備往往需要采用冗用用余配置。目前,多數的基于可編程控制器的冗余系統采用了兩套CPU處理器模塊,一個(gè)處理器模塊作為主處理器,另外一個(gè)作為從處理器。正常情況下,主處理器執行程序控制MO設備,從處理器不斷監測主處理器狀態(tài)。如果主處理器出現故圖1控制系統網(wǎng)絡(luò )結構障,從處理器立即接管對o的控制,繼續執行程序,從而實(shí)現對系統的冗余控制。2開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )架構 Netlinx的應用下面以羅克韋爾自動(dòng)化 Allen Bradley品牌 ControlLogix控Rockwell Automation開(kāi)放式通訊架構具有優(yōu)良的效率和制器為例,介紹其冗余系統的構建和性能優(yōu)化問(wèn)題。性能,可以方便地適應特殊要求。Ninx架構包含了連接制3.1cPU的雙機、雙電源和雙機架的冗余造系統和企業(yè)管理系統所有必需的要素。這種從底層(車(chē)間級在國內外工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中,CPU熱備冗余作為提高設備層)到頂層(制造執行系統MES和資源計劃系統ERP)的通系統可靠的有效手段,日前已被廣泛應用。 ControlLogix的硬模式能滿(mǎn)足建立完備系統的需求 Netlinx開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )架構件直接支持CPU的雙機冗余,不需要用戶(hù)編程來(lái)實(shí)現冗余切可以提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)更高的系統性能,利用它所提供的換用戶(hù)只需要安裝好硬件和連線(xiàn)然后用軟件簡(jiǎn)單組態(tài)一下一整套通用的通訊技術(shù)及其開(kāi)放式軟/硬件接口,可以將制造層就可以實(shí)現CPU的冗余設置設備以多種方式連接至互聯(lián)網(wǎng)。這種技術(shù)充分發(fā)揮了控制和機架B信息協(xié)議(CP)的優(yōu)勢,并提供了完整的網(wǎng)絡(luò )功能以及標準的軟{硬件接口21與介質(zhì)無(wú)關(guān)NetLinx是“與介質(zhì)無(wú)關(guān)”的技術(shù),可以根據具體應用要求選擇通訊組件和介質(zhì)。如對于面向信息和控制數據傳輸的基圖2雙機架冗余架構于 Ethernet TCP/IP的 Ethemet/P,可為確定性控制層選擇如圖2所示,兩個(gè)CPU分別放在機架A和機架B同時(shí)掛在ControlNet,為設備層選擇 DeviceNet,在過(guò)程控制方面也可選 ControlNet網(wǎng)絡(luò )上,兩塊冗余模板間通過(guò)光纜連接。這樣,在兩擇與 FOUNDATION Fieldbus的連接。 NetLinx架構融合了開(kāi)塊CPU同步后,主CPU和從CPU通過(guò)冗余模板進(jìn)行數據和程放式技術(shù)和面向過(guò)程控制的對象連接與嵌入技術(shù)OPC以及序的同步。當主CPU出現故障時(shí)對現場(chǎng)的控制自動(dòng)轉到備用Computer Era No. 9 2009cPU同時(shí)從CPU轉為主CPU。故障CPU則可以停電檢修而生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便。同時(shí)程序具有暫停復位停止等功不會(huì )影響對現場(chǎng)設備的控制檢修完成后,又可以自動(dòng)實(shí)現與能(見(jiàn)圖4)。當前主CPU的程序和數據的同步而成為備用CPU。由此可見(jiàn)匚分子篩參數設主一從的雙CPU冗余配置大大提高了系統的可靠性32冗余的 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò )通訊匚步進(jìn)按鈕輸入了上位機通過(guò) EtherNet/IP協(xié)議與主控制器通訊。為了確保通暫停][復位[停止訊的穩定可靠在系統通訊上采用了雙卡雙網(wǎng)冗余配置在每個(gè)冗余機架上新增一對ENBT模塊?？梢园焉衔粰C兩塊以太網(wǎng)卡匚開(kāi)關(guān)釁輪出設置在兩個(gè)不同的網(wǎng)段應用 ControlLorⅸx冗余系統別名主題電磁閥切換軟件,可以實(shí)現切換后保持用戶(hù)的HM和主控制器繼續通圖4分子篩時(shí)序圖訊。在 RSLinx軟件中,為主框架上的每個(gè)ENBT模塊分別建立PLC采用程序控制邏輯,當需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)一個(gè)別名主題別名主題代表與控制器(主題)通訊的路徑只要修改程序即可因此,靈活性強擴展性強,同時(shí)給系統維如圖3中所示:護帶來(lái)極大的方便(1)在 ControlLorⅸx冗余系統,別名主題指向主控制器的43PLc智能化控制的實(shí)現和特點(diǎn)PLC程序以?huà)呙璺绞巾樞驁绦?通過(guò)PLC中的定時(shí)器編制(2)切換發(fā)生后別名主題指向新的主控制器的主題。一些時(shí)間脈沖觸發(fā)程序每隔一定時(shí)間發(fā)出一個(gè)脈沖信號去觸發(fā)一段檢測程序系統即實(shí)現了定時(shí)檢測功能分子篩儀控系統采用PLC控制,主要用于執行分子篩再生過(guò)程中的四個(gè)過(guò)程,它能完成邏輯判斷、定時(shí)、計數、記憶和算----+-------術(shù)運算的功能?？諌簷C自控系統采用PLC控制,主要用于完成空壓機在運行中工藝過(guò)程數據的采集機組啟動(dòng)停車(chē)和參數越G限報警控制。以回路調節為主順序控制為輔的PLC控制系統主2、HE一中出計符合機組啟動(dòng)和停車(chē)的邏輯算法。同時(shí)PLC采用程序控制邏輯,當需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)只要修改程序即可。因此,系”+1統靈活性擴展性強給系統維護帶來(lái)了極大的便利。5結束語(yǔ)在本空分項目中,空分裝置的控制系統運用了 Contrologix圖3 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò )通訊冗余圖的多種編程技術(shù):時(shí)序圖、功能塊、梯形圖和結構化文本,實(shí)現了對整套裝置的數據采集、分步處理和分散控制以及集中管理4時(shí)序圖(SFC)控制的分子篩程序的高度自動(dòng)化控制功能分子篩系統是配套空分設備用于凈化空氣的成套設備。系統局地設備通過(guò)1756CNBR網(wǎng)絡(luò )模塊和MV56-MCM分子篩裝置的程序切換系統采用電子切換器進(jìn)行自動(dòng)控制。協(xié)議轉換模塊實(shí)現了現場(chǎng)總線(xiàn)間協(xié)議的轉換和互聯(lián),上層管理在干燥器自動(dòng)再生控制過(guò)程中需要對再生過(guò)程的卸壓加熱、設備使用了最為先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù)主通訊節點(diǎn)一PLC主站通冷吹、充壓四個(gè)過(guò)程的時(shí)間進(jìn)行控制。過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)橋模塊ENBT接入交換機,這些技術(shù)措施保證了系4.1硬件配置統的整體通信性能,實(shí)現了設備與設備之間以及系統與外界之分子篩系統干燥器和空壓機自動(dòng)控制系統需要帶電磁閥、間的實(shí)時(shí)信息交換。同時(shí)由于采用了雙樹(shù)雙卡的冗余通訊方接觸器等所以控制器輸出中間繼電器要有一定的接點(diǎn)容量。式,通過(guò)四塊1756-ENBT網(wǎng)橋模塊提供四條通訊信道保證我們選用 Rockwell Automation的 Controllorⅸx可編程控制了整套系統通信的可靠性。此方法對同類(lèi)自動(dòng)化系統尤其是用于分子篩干燥器工作和再生的自動(dòng)控制系統,其有功能齊對以太網(wǎng)熱備冗余系統有較好的借鑒作用全、運行可靠的優(yōu)點(diǎn),且有雙冗余功能。其系統硬件配置緊湊,參考文獻可大大減化布線(xiàn)優(yōu)化沒(méi)計,提高設備的可靠性l酡元氣體派峰專(zhuān)離工M]化工熏版,2005PLC的開(kāi)關(guān)量輸出信號用來(lái)觸發(fā)繼電器及報警輸入信號(2李化清朝氯截術(shù)食工蟲(chóng)私,200用來(lái)接收運行中的檢測信號和反饋信號,為分子篩儀控系統的獻天制堂專(zhuān)設備自始化控集的僵針團課截本智能化控制提供依據。2006342系統軟件設計及編程[4]Rockwell Automation RSView SE User Guide(J). ViewSE-UM003C操作特別增加了步進(jìn)按鈕程序。無(wú)論在控制過(guò)程的哪一步,R帕312在分子篩干燥器再生控制系統程序設計中,為了方便工藝utomation ControlLoⅸ典↓冗金能用盧手番團1756-UM523D-2H,2004.5.只要工藝需要按下步進(jìn)按鈕程序就會(huì )自動(dòng)跳到下一步,這給