概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，石油、化工、制藥、輕工、冶金、熱電等各行業(yè)都廣泛應(yīng)用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

JKZK-PLC300工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是我公司自行研發(fā)，可廣泛應(yīng)用于工廠生產(chǎn)過程控制，信息監(jiān)控管理的先進(jìn)產(chǎn)品。系統(tǒng)采用分布式現(xiàn)場控制總線結(jié)構(gòu)，分散控制，集中管理。運(yùn)用西門子、ABB、三菱、GE等品牌控制器，結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、OPC技術(shù)等設(shè)計(jì)而成，設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了企業(yè)優(yōu)化控制、冗余設(shè)計(jì)、技術(shù)改造等多方面的要求，并兼顧企業(yè)信息化建設(shè)的發(fā)展方向。系統(tǒng)具有高效、穩(wěn)定、靈活、開放的特點(diǎn)，能夠使企業(yè)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化節(jié)能減排等。

系統(tǒng)功能

自動(dòng)檢測現(xiàn)場溫度、壓力、流量、液位等各種物理量。自動(dòng)控制生產(chǎn)物料、設(shè)備的各種物理狀態(tài)。

自動(dòng)檢測現(xiàn)場閥門、泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并自動(dòng)控制現(xiàn)場閥門、泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

自動(dòng)報(bào)警功能，異常狀態(tài)報(bào)警、上下限報(bào)警、自診斷報(bào)警等。

現(xiàn)場人機(jī)界面、控制室人機(jī)界面。

各種數(shù)據(jù)、報(bào)表自動(dòng)記錄、查詢功能。

與工廠管理網(wǎng)絡(luò)通訊，與其他管理系統(tǒng)通訊等功能。

安全保密分級管理功能，可設(shè)置多級管理權(quán)限。

防雷、防浪涌等功能。

系統(tǒng)特點(diǎn)

采用較先進(jìn)水平生產(chǎn)廠家的控制器及設(shè)備，保證控制穩(wěn)定，可靠。

分散控制、集中管理結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

通用性強(qiáng)、兼容性好，可與多種PLC、各種儀表連接，可與其它控制系統(tǒng)兼容。

系統(tǒng)靈活、開放，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)，具有多級網(wǎng)絡(luò)接口，控制級、車間級、經(jīng)理級等。

安全性好，系統(tǒng)硬件方面有防雷、放浪涌等多重保護(hù)，軟件方面有多級操作權(quán)限。

應(yīng)用舉例

案例1　反應(yīng)釜控制系統(tǒng)

一、概述

反應(yīng)釜是一種綜合反應(yīng)容器，通過對容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配等功能。根據(jù)反應(yīng)條件對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計(jì)，從進(jìn)料-反應(yīng)-出料均能夠以較高的自動(dòng)化程度完成預(yù)先設(shè)定好的反應(yīng)步驟，對反應(yīng)過程中的溫度、壓力、力學(xué)控制（攪拌、鼓風(fēng)等）、反應(yīng)物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

二、背景及總體控制思想

該例是某化工企業(yè)的某反應(yīng)釜的控制案例。該反應(yīng)釜的送料是通過磁力泵從原料罐送入反應(yīng)釜，由于最終產(chǎn)品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此單位時(shí)間內(nèi)磁力泵輸送的原料重量是不同的變化的，反應(yīng)釜的化學(xué)反應(yīng)速度，在很大程度上取決于原料，以及氧化劑和還原劑的加入速度。原來只能由人工依據(jù)反應(yīng)釜的溫度和出口溫度，初略判斷反應(yīng)釜內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)情況，控制閥門開度，這樣就很難真正控制好化學(xué)反應(yīng)速度，使產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和進(jìn)一步提高反應(yīng)釜的生產(chǎn)能力都受到了制約。

我們根據(jù)控制論原理，運(yùn)用控制技術(shù)，本方案在原料罐磁力泵的出口配置一套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并在氧化劑、還原劑的氣動(dòng)輸送泵管路上，再分別各安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。由 PLC系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度及出口溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)加料閥門的開度，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)釜夾套冷卻水回流閥門的開度，組成一個(gè)智能化的多參數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以達(dá)到進(jìn)一步綜合控制好化學(xué)反應(yīng)速度，優(yōu)化整個(gè)反應(yīng)過程的升溫曲線的目的。

三、控制方案

對于設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)來說，必須達(dá)到具有穩(wěn)定而可靠的運(yùn)行、簡單而實(shí)用操作、以及優(yōu)越的性價(jià)比，都是十分重要的。系統(tǒng)采用DELL工業(yè)控制微機(jī)為上位機(jī)，西門子S7-300系列PLC控制模塊、數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊，以及手動(dòng)/自動(dòng)控制切換開關(guān)，必要的手控按鈕和指示燈等，將系統(tǒng)硬件的投入降低到較小。

反應(yīng)釜流程示意圖如下（圖中畫出2個(gè)反應(yīng)釜）

自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖如下：

四、具體控制過程

本系統(tǒng)將分三個(gè)層次來完成對反應(yīng)釜生產(chǎn)過程綜合控制：

第一層次：完成接收電子秤的秤重信號，計(jì)算出化學(xué)原料單體、氧化劑和還原劑的瞬時(shí)流量、平均給料流量等參數(shù)，反應(yīng)釜及出口溫度的實(shí)時(shí)顯示。

第二層次：根據(jù)給料流量，結(jié)合反應(yīng)釜及出口溫度以及各種工藝條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度，并優(yōu)化主要工藝參數(shù)的越界報(bào)警和處理功能。

第三層次：根據(jù)工藝模板所要求的總加料量、配方和加料時(shí)序；反應(yīng)釜升溫曲線等不同的控制特性，通過新增加的 PLC模擬輸出調(diào)節(jié)模塊，反應(yīng)釜冷卻水回水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，原料罐、氧化劑和還原劑的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜全過程化學(xué)反應(yīng)的智能化自動(dòng)控制。

上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為人機(jī)界面，可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

1．顯示各工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，與設(shè)定工藝曲線進(jìn)行比較，指導(dǎo)工藝操作。歷史曲線

可保存一年或以上數(shù)據(jù)，用戶可隨時(shí)查閱

2．實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括原料罐重量的實(shí)時(shí)變化，各種物料的給料流速，閥門動(dòng)作情況和溫度顯示等。模擬流程圖形逼真、直觀。

3．完善的主要工藝參數(shù)的越界報(bào)警和處理，確保生產(chǎn)過程的安全性。

4．預(yù)先貯存各種工藝曲線和配比，根據(jù)各產(chǎn)品的工藝要求，可隨時(shí)給 PLC發(fā)出控制要求，完成生產(chǎn)品種和生產(chǎn)工藝的快速變換。

5．打印各種生產(chǎn)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。具有較強(qiáng)的管理功能，可打印各批次實(shí)配重量及溫度、壓力等數(shù)據(jù)，對貯存數(shù)據(jù)進(jìn)行成本核算及工藝分析。

6．手動(dòng)和自動(dòng)無擾動(dòng)切換。為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，又不失靈活性，本系統(tǒng)設(shè)置計(jì)算機(jī)屏幕操作，手動(dòng)、自動(dòng)及操作臺(tái)按鈕開關(guān)，手動(dòng)、自動(dòng)兩套工作方式，閥門的操作采用智能控制儀表手操器，確保進(jìn)行無擾動(dòng)的切換操作。

7．采用自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)，電子秤的秤量誤差可得到有效的補(bǔ)償。

8．采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該控制系統(tǒng)與廠區(qū)管理系統(tǒng)可以對接，方便管理。

案例2　泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)

一、概述

泵是輸送液體（包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等）或液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體必不可少的設(shè)備，在石化、礦業(yè)、冶金、電力、農(nóng)業(yè)、市政等各行業(yè)，到處都需要泵。泵站的運(yùn)行管理水平和自動(dòng)化水平直接影響到到設(shè)備壽命、生產(chǎn)效率、企業(yè)效益等。

我公司自行研發(fā)的泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)是集監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，主要對全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視和控制，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)泵站“無人職守、少人值班”的目標(biāo)，并能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至上級主管部門。

二、設(shè)計(jì)思想

生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)是一個(gè)對立統(tǒng)一的整體，管理指導(dǎo)控制，控制服務(wù)于管理。管理的規(guī)范性原則就是要求管理系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)建立在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明交換與共享。我們在分析通用泵站設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)基本設(shè)計(jì)思想是：自控指導(dǎo)工藝，電氣服從自控，單位服從全局，統(tǒng)一接口協(xié)議，管理服從控制，控制服務(wù)管理，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測控管一體化的PLC系統(tǒng)。

三、設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)控制層分為三層

中央控制層： 提供系統(tǒng)的宏觀控制，控制各分站的運(yùn)行和處理局部發(fā)生的事故和緊急狀態(tài)，維護(hù)系統(tǒng)的整體直協(xié)調(diào)。

現(xiàn)場自動(dòng)控制層： 通過現(xiàn)場PLC的邏輯控制功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制（聯(lián)動(dòng)及連鎖控制），根據(jù)各站的控制方式不同，該控制層的控制方式，策略也有所不同。

就地手動(dòng)控制層： 它是現(xiàn)場手動(dòng)控制方式，當(dāng)控制方式手柄處于“手動(dòng)操作”時(shí)，上級的控制干預(yù)將被屏蔽。在自動(dòng)模式下，安全連鎖是有效的，并限制非法操作的可能性，且就地手動(dòng)控制層具有更高的估先權(quán)。中央控制層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各分站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場控制層是由具有邏輯控制功能的PLC和遠(yuǎn)程通訊終端及儀表組成。這主要完成對現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)，電氣數(shù)據(jù)的采集和對工藝設(shè)備的控制，同時(shí)負(fù)責(zé)向主站傳送采集的數(shù)據(jù)，報(bào)告各就地手動(dòng)控制層設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)了解分站的動(dòng)行效果，提高了系統(tǒng)的管理水平。

整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)考慮到以后的擴(kuò)展，軟件硬件的配置彩開放式結(jié)構(gòu)，并要系統(tǒng)資源方面增加適當(dāng)?shù)娜哔?，以便今后新建?xiàng)目時(shí)，實(shí)現(xiàn)可靠的無縫對接。

四、結(jié)構(gòu)圖

圖1   控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　五、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

　　功能系統(tǒng)

　　泵站主機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開、停機(jī)

　　葉片、勵(lì)磁機(jī)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)

　　泵站輔助設(shè)備(油、氣、水)自動(dòng)開、停機(jī)

　　事故報(bào)警及事故自動(dòng)記錄

　　自動(dòng)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫

　　實(shí)時(shí)顯示主、輔機(jī)及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)

　　打印各類報(bào)表、曲線圖

　　友好的人機(jī)界面

　　遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)

　　功能特點(diǎn)

　　分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，易于擴(kuò)充與升級

　　面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，豐富多彩的圖形界面

　　高效、直觀的可視化順控流程

　　智能化報(bào)警處理

　　豐富的組態(tài)工具

　　先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)

　　其它系統(tǒng)無縫連接

　　強(qiáng)大的關(guān)系型歷史數(shù)據(jù)庫