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Pcs7控制系统在氧化铝厂的应用

jhlu3  发表于 2009/7/23 18:19:08      1542 查看 1 回复  [上一主题]  [下一主题]

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项目背景:氧化铝厂工艺流程复杂、生产环境恶劣,控制分散。晋北氧化铝厂建厂初期设计方案时,打破过去氧化铝厂控制分散的特点,引入了全集成自动化控制这一全新理念,并采用总线技术和通讯方式进行全厂集中的控制。在全厂设立集中控制中心进行集中操作、监控。并对全厂的生产流程进行统一调度,生产运行人员进行合理资源配置。正是这一构想使的PCS7系统的优势突显出来。

  工艺过程简述:                                  

  晋北氧化铝厂采用串联法生产工艺,流程如右图,从矿山运来的铝土矿经破碎后,与石灰和种分母液(循环母液)混合磨制成原矿浆,然后在高温下将矿石中的Al2O3溶出,得到铝酸钠溶液和不溶残渣(赤泥)。赤泥经洗涤排往赤泥堆场。净化后铝酸钠溶液加入氢氧化铝种子进行分解,析出氢氧化铝。氢氧化铝母液分离后,洗净焙烧即得成品氧化铝。母液和洗液通过蒸发浓缩。在蒸发时有一定数量得Na2CO3.H2O从母液结晶析出。将其分离出来用Ca(OH)2苛化成NaOH溶液与蒸发母液一同送往湿磨配料。

  控制系统概述:

  PCS7控制系统推出的是一种全集成自动化的控制理念。全集成自动化是指用一个系统或一个自动化的平台完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种方案可以大大地简化系统的结构,减少大量地接口部件,可以克服上位机和工业控制器之间,连续控制和逻辑控制之间,集中和分散之间的界线。同时还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境。即统一的数据管理、统一的通讯、统一的组态和编程软件。基于这种环境各种各样的不同的技术可以在一个用户的接口下,集成在一个有全局数据库的系统中。因此,通过该系统可以实现了基于单一平台提供用于所有过程控制的统一自动化技术,从工艺起始的物料输入,到生产主要流程以及辅助流程,直到生产输出。同时还优化氧化铝厂的所有业务流程,从铝厂的资源计划(ERP)级,到管理执行系统(MES)级和过程控制级,直到现场级。      
 
  控制系统的实现:

  根据上述的工艺流程晋北氧化铝厂分为原矿片区、溶出片区、沉降片区、分解片区、蒸发片区、氢氧化铝过滤及焙烧片区等六个片区。以往控制形式为各个片区分设控制器,控制站设置距离较远各个片区联系少,控制比较分散,操作岗位设置较多,管线敷设过长。SIMATIC PCS7 通过和工业以太网总线技术及PROFIBUS现场总线技术相结合使的系统具有更分散的配置、更加适用于分散的过程控制系统。与PROFIBUS总线及以太网技术有机的结合在一起的PCS7在鲁能晋北铝厂的应用如图2和图3:

图2

图3

 

  氧化铝厂的每个片区设立现场集中控制室并设有独立的控制系统,实际配置如下:原料磨片区为AS414H冗余控制器;压煮溶出两组为两套冗余的AS417H冗余控制器;分解片区为一套冗余的AS417H冗余控制器;赤泥沉降片区为一套冗余的AS417H冗余控制器;母液蒸发两组共为两套冗余的AS417H冗余控制器;氢氧化铝焙烧及过滤两组共为两套冗余的AS417H冗余控制器;另外每个片区的集中控制室中分别设有两台临时的操作员站。全厂局域网为100M光纤工业以太环网,车间级DCS控制系统可通过其以太网光纤通讯卡接入以太网,并通过4台冗余的服务器和全厂的集中操作员站相联系实现集中控制、管理和操作。每个片区的临时操作员站也与该以太网相连接,便于现场调试。网络最上层(厂级控制层)设有全厂管理网络系统(MES/ERP),通过该管理系统可随时随处上网浏览全厂生产流程的执行的情况,根据各个片区的生产进展情况作出实时的判断并统一调度生产运行人员;各个片区车间控制级的PCS7系统通过冗余的Profibus  Dp总线与现场PLC,OEM及变频器等现场设备进行通讯。现场设备与PCS7系统通讯主要有如下几种方式:
  
  1、 一般电机的数据传输由低压配电柜回路中配有的马达控制器对电机控制,并通过马达控制器的通讯接口上传至低压配电室的MCC柜的PLC系统,PLC系统与DCS控制系统的电气接口模块Y-LINK进行通讯。2、一般电动阀等需采集控制点的现场设备采用现场分布式I/O模块形式控制,然后通过该模块提供的通讯接口上传数据仍然至低压配电室的MCC柜的PLC系统。再与电气接口模块Y-LINK进行通讯。3、对于现场带变频的电机由变频器提供的通讯接口直接上传数据至DCS控制系统中的电气接口模块Y-LINK。4、对于成套的OEM设备只需提供与DCS通讯协议一致的接口,就可上传数据至DCS控制系统的的电气接口模块Y-LINK进行通讯。电气接口模块Y-LINK作用是上传数据时对数据进行筛选分离成互为冗余的两组通过Profibus  Dp总线上传至控制器。对于任何的现场设备PCS7系统只提供了一种Profibus  Dp的通讯协议,各种现场设备如果与PCS7进行数据通讯,需提供与之相通讯的Profibus  Dp的接口

  2、 生产调试中的实际应用情况(优缺点):

  由于业主方招标时,PLC、变频器及马达控制器的提供商不同,通讯协议也不一样,协议的转换成为系统实施中的难点。晋北铝厂的马达控制器、变频器、PLC控制系统、OEM设备提供的通讯接口大致有三种:

  Profibus  Dp、 Devicenet、 ModBus。由于车间级管理层采用的网络系统为PCS7系统,如果不同通讯协议的现场设备进行向上通讯时须提供其与之相同的通讯接口(Profibus  Dp接口)。如PLC为罗克威尔产品通讯接口为Devicenet接口,马达控制器为ABB产品提供modbus通讯接口,马达控制器向上与PLC通讯需提供ModBus转Devicenet通讯接口,PLC与DCS通讯需提供Devicenet转Profibus  Dp通讯接口,有些协议的转换模块是成套厂商的产品,而有些协议的转换模块是第三方的通讯接口模块,第三方的产品对于系统的配置和数据的传输设置都带来很大的困难。另外马达控制器监控的参数过多,致使电气设备跳停频繁。工业以太环网上的四个服务器成为向上传输数据的瓶颈。还有诸多的缺点需要在生产运行中去逐步改造。尽管如此,但是PCS7的全集成自动化的控制平台的结构已经搭建起来,它依靠总线技术的面向工艺过程的分散控制功能,高模块化、可扩展性和开放性以及强大的系统软件编程和组态功能时时体现着它无与伦比的优势。

  结束语:

  全集成自动化控制在氧化铝行业中首此采用,这是氧化铝行业提高自动化水平迈出的一大步。目前山西鲁能晋北氧化铝厂已全面投产, 由于采用了总线技术使得生产运行稳定可靠,减少了很多的配线,安装成本和故障率大大降低,同时实现全厂集中控制,操作岗位也大大减少。全厂数据实现共享,从车间现场级到全厂管理级,对于全厂的生产运行情况,人力资源管理,生产资料的调度和配置都进行了优化。同时通过PCS7的全集成自动化在氧化铝厂的应用对于铝行业的控制提供了一个新的思路。并对未来的氧化铝控制水平的提高起到了很好的推动作用。

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