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浅谈PKS系统在神华包头煤制烯烃项目热电站的应用

作者: 发布时间:2020-02-03 21:40:39 阅读: 44 次

 要:简单介绍了神华包头煤制烯烃项目热电站应用的霍尼韦尔公司的DCS作为生产过程集散控制系统的系统结构,DCS系统的配置原则和方式以及各系统间的集成。另外还简单介绍了PKS系统与第三方设备通讯的应用等。

关键词:控制系统;冗余结构;交换机;PKS系统

1、引言

    神华包头煤制烯烃项目热电站为煤制烯烃生产提供热动力源。热电站采用3480t/h高压煤粉锅炉为空分装置提供9.8MPa以及化工装置4.2MPa蒸汽动力源,两台抽凝式50MW汽轮机发电机组,采用中压抽汽的方式产生4.2MPa中压蒸汽,提供化工透平动力的同时,还能提供工厂部分电力供应。化学水处理单元负责除盐水制作和对空分装置返回的空冷冷凝水进行处理,烟气脱硫单元为两套湿法石灰石 — 石膏烟气脱硫系统。卸储煤装置承担化工装置和热电站原料煤和燃料煤供应,卸煤采用双线双翻工艺,储煤方式为筒仓储煤。卸储煤、化学水、锅炉汽机公用系统、除灰和脱硫的主控制系统为集散控制系统(DCS,采用的是霍尼韦尔公司(Honeywell)的PKS系统。本文重点介绍Honeywell公司的PKS系统在热电站项目中的应用情况。

2、系统介绍及硬件组成

2.1 系统构成

PKSProcess Knowledge System) 是过程知识系统的简称。PKS控制系统是Honeywell20026月推出的新的中型控制系统。它集合了Plantscape系统组态方便的特点,又集合了TPS控制系统硬件上的优点而推出的一款全新的DCS控制系统。本项目按控制方式分类采用联合控制室(UCR)和现场机柜室(FRR)结合的配置方式。原则上生产装置的DCS控制系统的操作站设置在相应的联合控制室,控制站设置在相应的现场机柜室,所有现场仪表信号传到现场机柜室,再从现场机柜室传到联合控制室,从现场机柜室到联合控制室的信号采用双冗余光缆连接。在联合控制室进行全部的控制、监测、报警及报表等操作。   

2.1.1 现场FRR单套DCS系统的配置方式

    针对脱硫、化学水、卸储煤、主机炉等现场机柜室装置,DCS系统均按下列原则进行配置:1)系统的所有机柜均安装在现场机柜室,另外在现场机柜室内设有工程师站、开停工用的操作站。2)通过配置OPC服务器或串口服务器,与装置的其它控制系统(如卸储煤的翻车机PLC、机组DEH等)进行通讯,将数据采集进DCS系统后,统一上传至联合控制室,以及全厂生产管理调度中心(PMCC)。

2.1.2 联合控制室UCR1系统的控制站的配置

    联合控制室主要实现对各生产装置的日常监控、操作,以及作为生产中心的调度室,负责对所辖装置的生产数据进行集中处理、显示,用于调度人员协调、指挥生产。因此联合控制室DCS系统的配置方式如下:1)配置2台数据库服务器,通过DSA组态,将各装置的生产数据都集中过来,配置2台调度员操作站(值班长站),连接到这台数据库服务器,负责对中心的所有装置进行监视。2)配置1CISCO 3750交换机,与全厂生产管理调度中心(PMCC)进行连接,负责将生产数据上传。在每套PKS系统中,服务器都可以选择冗余配置,有效存储数据库信息,基于操作站有多种类型可以选择,FLEXCONSOLEConsole Extension站,而FTE容错以太网可通过冗余交换机与C300控制器,操作站,服务器,第三方设备及其它PC连接,避免了因单点故障而引起的系统瘫痪,大大提高了系统性能。FLEX型操作站和CONSOLE型操作员站的区别在于,CONSOLE型操作员站当主从服务器全部脱网后,仍可以通过PKS主控制器继续读取当前运行数据和操作设备。

2.1.3 PKS系统硬件设备构成框架:

    说明:为了更加直观的介绍PKS系统的框架构成。图1所示为典型的PKS系统硬件设备构成框架图。其中,热电站所有项目的二层网络交换机全部采用Cisco 2960,冗余配置;在联合机柜间内设置一套GPS时钟源,以接入DCS网络来提供系统基准时钟,其他PKS系统通过DSA结构的FTE网络,其他PKS系统也以网络时钟为基准源,使得保证整个PKS系统时钟同步,便于事件记录和操作记录等的查询准确性;打印机作为系统的第三方设备,作为网络打印机,可在任意操作站或工程师站打印报表或历史趋势,操作记录等信息;工程师站和操作员站采用DELL T5400图形工作站,性能稳定可靠,操作画面清晰,通过增加PCI-E双口单网卡,与冗余交换机构成FTE容错以太网络;数据库服务器为DELL E2950,采用RAID 5磁盘阵列模式,保证了数据的可靠性,任何一块儿硬盘故障都不会带来数据的损坏;串口服务器又可以成为终端服务器,这里采用MOXA公司的N-PORT 5630串口服务器,第三方设备通过它可很好地与PKS系统接入;冗余控制防火墙Control FirewallUplink口与冗余交换机分别连接,这样就实现了PKS系统网络的冗余构成。

2.2 部分硬件结构及功能简述

2.2.1 C300控制器:C300过程控制器的设计师采用新颖的立式设计,有效节省了机柜内空间。它包括控制器硬件和控制软件CEE(控制执行环境),支持组态,下载,以及各功能模块的执行。每套控制器最多支持64I/O Units,每个控制器有两个IOLINK接口,可以连接C系列I/O卡件或PMIO卡件。I/O卡件:模拟量输入(AI/模拟量输出(AO)卡都有16位模拟量通道,支持冗余,支持HART协议通讯。数字输入卡(DI)有32位数字量通道,两种模件类型分为24V直流输入和100V/120V/125V/240V交流输入两种,支持冗余。数字输出卡(DO)为32通道输出,分为触点输出和继电器输出,支持扩展。         

2.2.2 第三方通讯SCADA点与PKS系统的连接:由于锅炉过热器及炉膛壁温等一些设备需要监测的温度点较多,而且较为密集,考虑到这些温度点对工艺过程参数的重要性以及补偿导线电缆铺设和DCS温度采集卡件成本等方面的考虑,这些温度点没有采用补偿导线由现场到电子间温度采集卡件的接线方式,而是采用了现场温度元件接入多组温度智能前端发送器,通过通讯电缆将智能前端发送器与在电子间内安装的温度智能终端接收器,并行连接,配对使用,再由温度智能终端接收器通过RS485方式与MOXA的串口服务器相连,经串口服务器转换后接入PKS系统的Cisco 2960交换机。因为PKS系统很好的兼容第三方设备,使得第三方设备通过Quick Build软件的组态,很容易的将这些温度点数据读取进来,从而实现了节约成本以及方便维护等的诸多好处。在本项目中,温度智能转换采用的是MTL公司的838系列智能转化器。

 3、结束语

    DCS系统是全厂生产控制的中心,PKS控制系统强大的功能模块和其优越性能保证了热电站项目的运行平稳高效。由于该系统的开放性、灵活性、易操作性等优越性能,能够根据生产需要自主的进行一些过程点的组态修改,如一些控制方案的增改、联锁关系的变动,都能够在不影响正常生产的前提下在线修改并下装。并且因其强大的网络使系统可以与第三方设备进行通讯,保证了生产工艺更加完善,安全的进行。最为国内外知名的DCS厂商,Honeywell公司的PKS系统是一套值得用户信赖的DCS集散控制系统。

参考文献

[1] 姜秀英、李駪、张翠宣.过程控制系统实训[M].化学工业出版社.2007

[2] 王慧.计算机控制系统(3)[M].化学工业出版社.2011