Honeywell tps 在西钢6000制氧机的应用

0 前言
　　西林钢铁公司6000m3/h空分设备由杭州制氧机集团公司2004年5月成套，工厂设计由北京钢铁设计总院设计，于2005年9月2日顺利投产出氧，历时近四年时间的运行表明，该机组运行稳定，各项指标均达到设计值或超过设计值。氧产量6400m3/h，纯度99.8%;氮产量13000m3/h;氩产量190m3/h，纯度99.999%Ar。其控制系统采用美国 Honeywell 公司的 TPS（Total Plant Solution）集散过程控制系统。
1 6000制氧机 DCS控制系统构成
　　西钢制氧厂6000制氧机 DCS控制系统采用的是Honeywell公司的产品 TPS（Total Plant Solution）控制系统 ，该产品是世界上最先进的控制系统之一，该系统无论是控制功能、通讯功能 ，还是自诊断功能以及数据处理功能，都处于世界领先地位，广泛应用于石油化工、楼宇自动化以及航天航空、军事等领域。
　　1.1 TPS系统配置
　　制氧机 DCS系 统 共 配 备 两 台 HPM（High.Performance Process Manager）高性能过程管理站 ，一台HM（History Module）历史模件 ，两台 GUS（Global User Station）通用操作站。对关键部件如 NIM、HPM以及电源部分均采用冗余结构，这样从整体上提高和加强了系统工作和控制的可靠性 、安全性。这些设备通过 LCN（Local Control Network）局域控制网络和 UCN（Universal Control Network）通用控制网络连结起来 ，构成一个性能齐全的集散型控制系统。6000 制氧机 DCS控制系统结构如图 1所示。

图 1控制系统结构图
　　1.1.1 网络接口模件 NIM（Network Interface Module）提供了 LCN与 UCN之间的通道和接 口，它完成LCN传输技术和通讯协议的转换 ，NIM使得 LCN上的节点可对UCN设备的数据进行读写，透过 NIM，程序和数据库可装载到 HPM。UCN上的设备产生的报警和操作提示信息也可以上传到LCN上的各个结点
　　1.1.2 历史模块（HM）：可对系统历史事件、历史数据及系统文件进行储存;并有断点保护（Check Point） 功能可以自动或手动存储整个系统数据库,使系统有1 个至少4 h 的系统实时数据库备份。可在系统停电或故障后,迅速准确地恢复。
　　1.1.3 操作站（GUS）：双CPU 结构,使得控制网络与上端管理网完全隔离,保证控制网络的安全,并同时可对上端管理设备提供完全开放的数据访问服务。标配内置Ethernet 网卡,提供了上端的管理网接口。还具备工程师站功能。
　　1.1.4 HPM是 Honeywell TPS系统中最主要的数据采集和控制设备，它采用两个 M6804处理器硬件平台，用不同的处理器完成不同的任务。HPM具有高度灵活的数据采集输入输出的控制功能。整个系统不仅具有各种优化的功能模块用以完成数据采集和标准的控制功能，同时支持 CL语言，可通过对其编程完成多种复杂的控制和优化控制。
2 CL语言在控制中的应用
　　Honeywell TPS控制系统支持 Honeywell专用的 CL语言所编制的程序。CL程序对编程者不要求很高的编程技巧 ，只要求对控制对象的特性熟悉即可，而且 ，可以在 CL程序中设定操作权限，看到 CL程序的执行状态。CL程序可用于复杂计算和多重循环的顺控程序。CL程序的结构一般由程序名、声明变量、程序段、步和程序语句组成，用 END结束。在6000制氧机控制程序中有多套 CL程序，下面以分子筛切换控制程序和氧压机起车程序为例说明CL程序的应用。
　　2.1分子筛纯化器自动控制系统
　　分子筛吸附器是二组（只）立装的圆柱形容器，每只容器中均充有分子筛吸附剂。两组（只）分子筛吸附器MS1201、NS1202是交替工作的，即当一组（只）吸附器运行在吸附工作状态时，另一组（只）则运行在再生状态。处在吸附工作状态的吸附器，通过经过冷却的原料空气，当空气通过分子筛时，空气中的水份、CO2和碳氢化合物被分子筛吸附，使空气得到净化。经过一段时间的吸附，分子筛就得进行再生，使分子筛吸附剂析出水份及CO2等，经过再生的吸附器又可以投入吸附工作，二组（只）吸附器是交替地工作的。
　　2.1.1分子筛吸附器再生过程
　　分子筛吸附器是空分设备的重要设备之一，确保分子筛吸附器安全可靠运行是很重要的，为此必须按照再生过程进行再生工作，一般分子筛吸附器的再生过程为：

图2 分子筛再生过程
　　2.1.2 CL程序的应用
　　分子筛共有两段CL程序：
　　1）CLMS（分子筛切换程序）
　　2）CLMSAUTO（分子筛手自动切换程序）
　　下面以分子筛切换程序中启动时各阀门初始化程序段为例，介绍CL语言的应用
　　LOCAL HC1202A AT NN（1）
　　LOCAL HC1202B AT NN（2）
　　LOCAL HC1202C AT NN（3）
　　LOCAL PIC1206A AT NN（4）
　　LOCAL PIC1206S AT NN（5）
　　PHASE INI
　　STEP ONE
　　SET MSAUTO.PVFL=ON
　　OPEN V1201,V1202,V1203,V1204,V1217
　　CLOSE V1205,V1206,V1211,V1212,V1213,V1214,V1215,V1216,V1218
　　CLOSE V1207
　　SET HC1202.MODE=MAN
　　SET HC1202.OP=0
　　STEP TWO SET PIC1206.MODE=MAN
　　SET PIC1206.OP=PIC1206A
　　SET MS1201.PVFL,MS1202.PVFL,RPR.PVFL,PR.PVFL,RH.PVFL,JUMP.PVFL,
MSPAUSE.PVFL=OFF
　　在程序中，通过语言来控制各阀门、内部计时器以及分子筛等的初始状态，整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间、压力、压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。
　　2.2 氧压机起车程序
　　氧压机的起动必须满足下列各项起动条件，才能起动，

图3 氧压机起车画面
　　2.2.1 氧压机起车条件
　　（1） 吸入阀V3301全关;
　　（2） 排出阀V3306全关;
　　（3） 高压放空阀V3304全关;
　　（4） 中压旁通阀V3302全开;
　　（5） 高压旁通阀V3303全开;
　　（6） 混合气体旁通放空阀V3309全开;
　　（7） 氮气入口阀V3316全开;
　　（8） 紧急喷氮阀V3315全关;
　　（9） 入口导叶起动位置;
　　（10） 润滑油压力在0.25MPa以上;
　　（11） 润滑油温度在35℃以上;
　　（12） 密封氮气压力正常在0.45MPa以上;
　　（13） 密封氮气减压后压力在200KPa以上;
　　（14） 冷却水流量在380T/h以上;
　　（15） 电控系统正常;
　　（16） 排烟风扇运转;
　　（17） 重故障复归，处于复归位置。
　　2.2.2 氧压机起车程序
　　氧压机起车程序共有两段：
　　（1）CLREADY 氧压机启动前准备
　　（2）CLSTART 氧压机启动
　　程序如下：
　　STEP ONE
　　CLOSE V3301,V3306
　　STEP TWO
　　CONTROL V3304
　　SET PCAS3310.MODATTR=PROGRAM
　　SET PCAS3310.MODE=MAN
　　SET PCAS3310.OP=0
　　STEP THREE
　　SETV3302.MODATTR,V3316.MODATTR,V3315.MODATTR,V3318.
MODATTR=PROGRAM
　　SET V3303.MODATTR,V3309.MODATTR=PROGRAM
　　STEP FOUR
　　OPEN V3302,V3316
　　OPEN V3303,V3309
　　CLOSE V3315,V3318
　　在程序中可通过与程序段对应的PM点，对程序的运行情况进行监视，如果在运行的过程中，出现故障，在PM点中，就能够看到程序停在哪一步，这样维护人员就能够迅速锁定故障目标，及时处理。
　　本系统为氧压机能够正常起车而设，只有严格按照程序中的步骤执行，才能保证氧压机安全平稳的启动。
3 应用体会
　　空分设备的仪控系统是整套装置的中枢神经，其可靠性直接决定和影响着设备运行的安全性和平稳性。西钢6000制氧机于 2005年投产，经过将近四年的实际应用 ，我们在DCS的应用上积累了一定的经验。在6000制氧机设计时，我们做了大量的考察和调研 ，将 DCS控制系统选定为 Honeywell的 TPS系统。该系统采用 Windows—NT操作平台，人机界面友好，功能齐全，只需用操作键盘和鼠标就可实现设备的启动 、停车 、阀门的开关。另外 ，TPS系统大多采用了冗余技术，使系统的可靠性和安全性上升了一个档次。不足之处是组态比较繁琐，系统软件和应用软件全部为英文，不易读懂，给维护和开发工作带来了一定的难度。
　　西钢6000 制氧机从 2005年投产至今已运行四年有余，从设备技术的先进性到控制系统的可靠性都达到了令人满意的效果。