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和利时MACS-K系列DCS在润滑油生产过程中的应用
  • 企业:     领域:DCS/FCS/SCADA     行业:化工    
  • 点击数:358     发布时间:2024-09-10 17:23:49
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中国石化润滑油济南分公司采取和利时MACS-K系列DCS与引进SMB技术相结合的方式,设计了一套完整的控制系统,实现了自动计量、自动球扫、实时显示、实时报警、趋势分析、报表打印、设备控制方式的无扰切换等功能,从而保证了润滑油的高质量生产。

文献标识码:B文章编号:1003-0492(2024)08-068-04中图分类号:TP273

★孟秀玉(中国石化润滑油济南分公司,山东济南255001)

关键词:润滑油;组态;控制系统;SMB

1 引言

中国石化润滑油济南分公司根据自己多年生产经验,在原有装置的基础上,采取和利时MACS-K系列DCS与引进SMB技术相结合的方式,自行设计了一套完整的控制系统,利用Batch系统自动实现配方编辑、验证、发布到润滑油批量调合。该系统自2023年6月份运行以来,大大缩短了调合周期,降低了生产成本,并且提高了产品的一次合格率。

2 工艺要求

利用SMB同步计量调合技术,实现内燃机油、工业油及齿轮油三类同步计量调合。同步计量调合设备明细表如表1所示。

表1 同步计量调合设备明细表

image.png

2.1 Batch系统

Batch系统自动实现配方编辑、验证、发布,无缝连接和利时MACS-K控制系统,从而实现润滑油SMB批量调合。

2.2 过程实时监控

DCS系统接到Batch系统命令后,自动执行自检、伸杆、发第一球、开泵、计量、球扫、收球等任务。主监控画面实时显示整个SMB过程,操作员只是对监控画面进行监控,查看对应设备状态是否正常。当阀门打开或管线流通时画面显示为绿色,反之为红色,若阀门、收发球站出现错误,或反馈信号与实时显示信号不符时,系统将按顺序停止设备运行,避免事故发生。监控主界面如图1所示。

2.3 历史数据查询

和利时MACSV6.5.4软件包括历史数据查询系统,该系统具有历史趋势查询、报表导出打印等功能。变量历史数据以特定格式自动保存到对应的目录中,通过选择变量及区间日期,可以在线或导出查看变量的趋势文件。

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图1 监控主界面

3 MACS-K网络结构

和利时MACS-K的网络采用P2P结构,由上到下分为系统网络、控制网络两个层次。通信介质采用双绞线或光纤,传输速率100Mbps。MACS-K系统网络结构如图2所示。

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图2 网络结构

3.1 系统网络

系统网络(SNET)由100M高速冗余网络构成,用于系统历史站与操作员站、工程师站、控制器、通信站、网络打印机的连接,完成整个系统的数据监视,并对操作员的各种操作请求做出响应,如图形切换、数据显示、趋势显示、报表打印、屏幕拷贝、表格日志查询等。

工程师站与I/O控制站连接,完成控制站的数据下装,历史站与控制站之间进行实时数据通信。历史站上运行多种服务:实时库服务、历史库服务、I/O服务。

润滑油生产系统采用128、129两个网段来构成系统网的冗余。以#10站为例,A机系统网的SNET1对应128.0.0.10,SNET2对应129.0.0.10;B机系统网的SNET1对应128.0.0.138,SNET2对应129.0.0.138。MACS-K系统网络的传输介质为非屏蔽双绞线(UTP),最大传输距离为100米。

3.2 控制网络

控制网络(CNET)由IO-BUS总线构成,用来实现过程I/O模块与I/O控制站主控模块的通信,完成实时输入、输出数据的传送。润滑油生产过程控制采用总线型连接,MACS-K系统的控制器与IO-BUS总线拓扑模块连接,通过内部线路分出12个8针多功能总线连接端口,柜内每列的末端增加DP连接器与下一列的第一个模块连接,构成冗余控制网的总线形连接,如图3所示。

image.png

4 软件组态

4.1 工程总控组态

4.1.1 硬件组态

MACS-K系统采用K-CU11主控模块,两个AO模块K-AO01采用8路冗余配置,用于润滑油泵的变速控制。两个AI模块K-AI01采用8路冗余配置,用于润滑油泵的转速反馈。K-PI01模块6路脉冲输入,用于采集质量流量计的出口流量。K-DO01为16路共负端晶体管DO模块,用于现场阀门、气缸控制;K-DI01为16路24V触点型DI模块,采集阀门、气缸开到位信号。

储罐液位采集利用雷达液位计,温度采集利用热电阻Pt100,MACS-K采用Modbus通讯协议及Profibus-DP现场总线,实现各罐的液位以及温度显示。

4.1.2 数据库建立

利用数据库导出命令建立数据库的模板,在EXCEL软件中打开模板,按照控制站中的I/O模块分配,整理并补充各个测点的信息项。完成后导入数据库,编译完成后,双击组态流程窗口中控制站节点下的现场控制站,将切换到Auto Think算法组态软件中,并加载该控制站的工程。在打开的工程中,可以查看根据数据库生成的硬件配置及其测点信息。

4.1.3 工艺流程图组态

工艺流程图是DCS系统的主操作界面,它以图形方式表达了现场工艺生产流程与管道连接、仪表测量和控制回路。按照润滑油SMB工艺要求,系统设置如下页面:SMB、DDU、配方、雨污分流、趋势查询、泵阀站、罐区液位、温度、容积、质量显示等。

4.2 Auto Think组态

POU(Program Organization Unit)是Auto Think软件中重要的、唯一的基本编程单位。POU由3种类型的基本单元组成:程序(Program)、功能块(Function Block)、功能(Function)。

4.2.1 CFC组态

CFC是连续功能块图(Continuous Function Chart)的简称,它是一种图形化的编程语言。CFC语言编辑的POU支持简单的定位和功能块、函数与变量之间的连接。本系统中组建的控制功能包括:润滑油SMB控制回路图、自动输油控制回路图、半自动输油控制回路图、泵启停控制回路图、延时控制回路图、液位异常变化自保联锁,如图4所示。

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图4 液位异常变化自保联锁

4.2.2 LD组态

LD是梯形图(Ladder Diagram)的简称,LD语言是源自现场的电磁继电器,用来表明控制器的POU的独立节点当前通过的电源流梯形图。梯形图包含一系列网络,网络通过左右垂直线被限制在左边和右边。在中间是由接触点、线圈和连接线组成的电路图。每个网络包含一系列接触点,从左到右的状态是“ON”或者“OFF”,对应于逻辑值TRUE和FALSE。每一个接触点属于一个逻辑变量。

润滑油泵PI101B旁边阀门FV101B控制原理图见图5,其工作原理简述如下:

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图5 阀门控制原理图

参数说明:AUTO表示自动运行状态,FV101B_M表示旁路阀门FV101B手动,FUX109表示FVX109阀门关到位,FV109表示阀门运行状态,P102A_R表示泵变频运行,P101B_C表示泵变频启停,FV101B_A表示旁路阀门FV101B自动,ZJH_2表示泵B风自净化联动。

手动操作:在主操作界面中,手动点击阀门开启,使得FV101B_M置1,FUX109关到位置1,FV109阀门关闭,参数FV109置0,泵停止运行,参数P102A_R、P101B_C均为0,第一条回路使得阀门FV101B开启。

自动操作:系统在自动运行状态下,AUTO以及FV101B_A均为1,风扫开始时,FV109阀门关闭、泵停止运行,所以参数FUX109为1,参数P102A_R、P101B_C均为0,第三条回路使得阀门FV101B开启。

5 润滑油SMB在MACS-K中的实现

1#SMB内燃机油调合含6条流量计量通道、1条ppm级微量抗泡剂计量通道及带有1条4寸球扫线调合母管及所对应配套的一个发球站的撬装调合设备。2#SMB工业油调合含4条流量计量通道、1条ppm级微量抗泡剂计量通道及带有1条4寸球扫线调合母管及所对应配套的一个发球站的撬装调合设备。3#SMB齿轮油调合含3条流量计量通道、1条ppm级微量抗泡剂计量通道及带有1条4寸球扫线调合母管及所对应配套的一个发球站的撬装调合设备,如图6所示SMB。

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图6 SMB

SMB自动调合功能实现在Auto Think中的部分组态如图7所示,其中FI101A_S为A泵对应流量计目标值设定,FS101A_RM为润滑油泵P101A给定自动转速方式,WJB_SC为流量计已通过脉冲方式读取的实时数值,FS101A为润滑油泵P101A变速控制,从而实现自动输油、自动球扫、自动收球。

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图7 Auto Think组态

6 结论

MACS-K系统自2023年6月份运行以来,在近一年的润滑油生产过程中,一次调合率达99.5%,计量精确,SMB效果明显,提高了中国石化长城润滑油调合的自动化、智能化水平。

(1)和利时MACS-K系列DCS实现了润滑油SMB同步计量调合、画面和数据的实时访问以及历史数据查询,提高了润滑油调合的管理水平,从而减少了操作人员,提高了劳动生产率,降低了人为因素造成的产品质量隐患,真正实现了管控一体化。

(2)本监控系统采用Profibus-DP工业现场总线与自动化系统各个I/O模块及智能设备连接通讯,可实时、快速、高效地完成过程通讯任务。选择和利时MACSV6.5.4组态软件作为系统开发工具软件,达到了预期目标,实现了润滑油SMB的控制操作,以及数据采集和信息的实时性、准确性、完整性、统一性。

(3)根据润滑油油品分类内燃机油、工业油、齿轮油,实现了3路SMB同步计量调合,达到了油品专线调合的目的,提高了自动化控制水平和计量精度,使润滑油产品有了质量保证。

作者简介:

孟秀玉(1980-),女,山东成武人,工程师,硕士,现就职于中国石化润滑油济南分公司,主要从事控制系统方面的研究。

参考文献:

[1] 颜绍霖. 和利时FM系列DCS老化及解决对策[J]. 电工技术, 2022 (12) : 198 - 200.

[2] 周辛, 等. 和利时MACS 6系列集散控制系统在首套国产化大化肥装置中的应用[J]. 仪器仪表用户, 2023 (7) : 34 - 37

[3] 田友, 等. 基于和利时MACS系统成功实现科林煤气化顺控[J]. 自动化博览, 2022 (2) : 82 - 88

[4] 史春方, 等. 基于和利时DCS控制的一种循环流化床锅炉给煤量修正方法[J]. 自动化博览, 2022 (5) : 70 - 72

摘自《自动化博览》2024年8月刊

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