基於泓格嵌入式控制器的IS8000甲醇控制系統

河南息縣化肥廠是一家有著30多年歷史的氮肥企業，合成氨年生產能力8萬多噸，尿素12萬多噸，碳銨4萬多噸。2004年初為了進一步調整產品結構、挖潛降耗，投資1500萬元開工興建了5萬噸聯醇項目, 我們在考察多家甲醇生產廠家后，對比多種DCS控制系統，借鑒當前計算機控制系統的飛速發展，考慮技術的先進超前性和高可靠性、穩定性、高性價比，最後通過招標最終選擇北京思創公司的IS8000甲醇控制系統。2004年12月建成投產，一次開車成功。經過幾個月以來的運行，運行穩定、操作方便、安全可靠,深受廣大生產及操作、技術人員的歡迎與好評。一、IS8000甲醇控制系統的構成IS8000甲醇控制系統由通訊網路、操作站及控制站構成。其中控制站包括兩個I8837控制器和兩個87K8兩個擴展單元，兩個控制器一主一從互為冗餘，兩個擴展單元插有十個模塊，提供全部的數據採集及PID控制功能。操作站由二台工業控制機組成，其操作功能相同，互為冗餘，用於過程監測控制(一) 具體硬體配製如下：－DELL Dimension系列－奔騰4處理器2.8GHz－256M DDR內存,80G高速硬碟－操作系統為Windows 2000中文版－16XDVD光碟機, －10M\100M乙太網卡－22英寸1600X1200高解析度的DELL顯示器－帶滑鼠鍵盤及工業鍵盤IS8000甲醇控制系統的通訊網路是以10M\100M乙太網為基礎的的區域網（LAN）。系統的所有節點（操作站及控制器）均通過超五類屏蔽雙絞線直接連接到8口10M\100M 集線器（HUB）上。簡單靈活的網路結構可支持就地和遠程操作站及控制設備。最多可以同時帶6台操作站。 (二) 軟體配置 (1) 控制站組態軟體ISAGRAF是一種功能強大而又十分直觀的圖形化組態軟體，用戶可採用FBD(功能塊圖)、LD（梯形圖）、ST（結構化文本）、SFC（順控圖）FC（流程圖）、IL（指令表）六種符合IEC61131-3標準的編程和組態方式；能實現各種複雜的連續和邏輯控制方案，通過組態能實現故障診斷、數據採集、實時控制、模擬模擬等各種功能。基於WINDOWS2000界面，簡單易學，也很直觀。(2) 監控軟體採用澳大利亞希雅特公司的Citect5.4,性能卓越。該軟體離線組態及實時運行均基於WINDOWS2000平台,用戶界面十分友好，3D顯示效果，使用得心應手，用於完成現場數據採集、圖形顯示、設備操作、報警趨勢記錄、報表管理及列印功能。還可以與其它WINDOWS軟體進行動態數據交換，實現數據分析、控制優化等，並且可以與其它管理級計算機構成全廠調度系統。二、IS8000甲醇控制系統的特點（1）分散性：IS8000甲醇控制系統採用台灣漲格公司生產的I8837控制器作控制核心，87K8擴展單元帶I-8000系列的I\O模塊，系統的可靠性高，系統安裝方便，可根據需要將控制站的控制器及其I\O分開安裝在不同的地方。從而實現I\O數據採集與控制的真正意義上的分散，如配用I-7000系列的模塊可以實現最遠距離1200米的I\O數據採集控制；通過使用屏蔽雙絞線通訊而且還能實現低價格的控制站、操作站在地域上分散，真正實現DCS本來要求的全分散功能。其控制示意圖如下：

（2）簡易性： IS8000甲醇控制系統硬體種類少，配置簡單靈活，容易實施。操作員站的高性能軟體組符合Microsoft標準。Microsoft的特性如窗口、圖形、拖放、剪切和粘貼等使系統的組態工作更容易，使您能夠將精力集中於控制策略的設計而不是過程式控制制系統的組態過程和組態方法。（3）冗餘性：IS8000甲醇控制系統從控制站、操作站以及通訊真正做到全方位的冗餘，控制站設用兩個I8837控制器一主一從，正常時間主控制器工作，一旦主控制器出現故障時，從控制器可以在兩秒內迅速啟動來接替主控制器工作從而避免了傳統DCS因為控制器失靈從而導致停車事故；操作站配用兩台戴爾工控機，裝有相同的操作軟體都能實現生產現場的I\O過程式控制制以及組態編程；通訊的冗餘，通過兩台控制器設有兩條相同的乙太網線接入集線器HUB，並且兩台控制器也用一條RS485通訊線相連接，從而保證了通訊的可靠性；（4）通用性：IS8000甲醇控制系統數據結構完全符合國際電工委員會IEC61131-3標準，能接受多種信號，目前的4-20mA信號、0-20mA信號、0-10V信號、-10V－+10V信號、-5V－+5V信號、0-5V信號、PT100鉑電阻信號、Ni120電阻信號、PT1000鉑電阻信號、Ni1200電阻信號、熱電偶的各種信號（E型、K型、J型、S型）、各類開關量信號;（5）開放性：上位軟體Citect不僅可與I8837控制器通訊，也能與其它PLC、DCS通訊，而且可與其它信息管理系統交換數據。IS8000甲醇控制系統的開放性為與其它系統（如生產調度管理系統、實時資料庫等）集成為一體提供了可靠保證。（6）可維護性：系統硬體種類少且系統硬、軟體均為模塊化結構，組態、調試、修改策略均十分方便。I\O模塊均有4通道、8通道、16通道、32通道等多種配置，方便用戶選擇，根據規模可選大選小；系統對電源的要求比較寬，10-30 DC均可工作，無需關斷電源。（7）友好性：系統運行界面友好，中文顯示，3D動畫效果，操作輕鬆自如。（8）高穩定性：系統投運以來，加上調試熱運行已經穩定運行3個多月無故障。三、IS8000甲醇控制系統功能 (1)控制功能該系統具有連續控制功能、批量控制功能、順序控制功能、可編程式控制制和監督控制等複雜的控制方法,它能實現常規PID控制、串級控制、前饋制,還可以實現給定值和輸出跟蹤、線性化、過程報警、數學運算、累積運算、無擾動切換等。(2)監控及管理功能該系統除具有現場數據採集、過程監控、流程圖顯示操作、過程報警、歷史及實時趨勢記錄與顯示、儀錶圖顯示與操作、報表列印等功能外,還提供了與其他WINDOWS軟體進行動態數據交換、實現數據分析、控制優化等介面能力,並且可以與其他管理級計算機構成全廠調度系統。四、IS8000甲醇控制系統使用效果我廠甲醇裝置自從2004年12月投運以來, IS8000甲醇控制系統以其穩定高效的特性深受廣大生產及操作、技術人員的歡迎與好評。(1)該系統功能先進,自動化程度高和兄弟廠家相比,該系統的投運使我廠甲醇的裝置水平達到了國內先進水平,它實現了溫度、壓力、液位等的自動控制與調節。(2)系統運行安全可靠該系統自投運以來,一直運行穩定、安全可靠,因為其從控制站、操作站以及通訊真正做到全方位的冗餘,所以為系統安全、可靠的運行提供了保障。(3)該系統的投運為甲醇的穩產、優質提供了重要保證系統投運后,不僅降低了整個合成氨系統的壓力，也減輕了變換、精鍊工段的負荷，由於目前前工段氣量不足，現日產基本上穩定在70噸左右,並達到兩氨平衡,而且粗醇濃度最高可以達到95%以上。(4)降低工人勞動強度,提高勞動效率由於實現了生產全過程的自動控制與監視,大大減輕了崗位操作量,操作工再不需要頻繁地到現場調節閥門,只需坐在操作室,輕輕地拖動滑鼠即可完成全過程的操作與監視。每班只需正副兩位操作工即可。五、經濟效益分析(1) IS8000甲醇控制系統的投運,省去了所有二次儀錶,維修量極小,每年可節約維修費用數十萬元。(2) 該系統的投運,使整個合成氨系統工藝指標得了優化,提高了工藝指標的合格率以及車間的管理水平,減少了事故的發生,保證了甲醇裝置長周期、高負荷、安全穩定運行,達到了節能降耗的目的，因此也達到了保護甲醇觸媒的目的。通過近期來看，該系統投運后，精鍊、合成系統壓力下降了2Mpa多，降低了壓縮機的負荷，節約了電耗；由於提高了變換工段后CO指標，也改善了變換工段的操作條件，減少了正面蒸汽的添加量,噸氨較以前節約了蒸汽200Kg左右；提高了氫氮氣的凈化質量，目前出甲醇后CO百分含量為0.02%降低了精鍊的負荷，較以前少開一台的銅泵，節約了電耗噸氨電耗較以前下降150度左右；而且摺合合成氨日產較以前提高了20M3以上。同時,提高了企業的自動化水平和生產管理水平,生動直觀的操作畫面,使操作人員監視和操作都比較方便,減輕了操作人員的勞動強度,改善了操作環境與操作條件,促進了職工文化素質的提高。 (3) IS8000甲醇控制系統的投運,每年可產生經濟效益約300萬元。