PSA系统控制程序的设计及应用.docx
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PSA系统控制程序的设计及应用
PSA系统控制程序的设计及应用
曹玲
(山东胜利油田石化总厂)
摘要:
利用ABB公司MOD300DCS系统及该系统所有的TCL泰勒控制语言,实现对PSA系统的自动控制,取代了原设计的PLC系统,并讨论其安全性。
关键词:
ABBMOD300PSATCL
前言:
由于胜利油田石化总厂PSA系统常规仪表的老化,控制质量已达不到工艺要求,生产的纯氢量已满足不了生产的需要。
于是改用了新的生产工艺和控制系统。
最初设计由PLC单独控制PSA系统,经过研究未购买PLC,而是利用加制氢装置DCS系统中所带的TCL语言,开发PSA的控制程序,实现对过程的控制。
经过一个多月的努力,完成了编程、调试顺利通过,可实现对过程的步进、复位、手动与自动、暂停与启动的切换,各步序时间的调整设定等,在实际使用中取得了令人满意的运行效果。
1、PSA简介:
变压吸附即PressureSwingAbsorption简称PSA,是一个近似等温变化的物理过程。
它是利用气体介质中不同组份在吸附剂上的吸附容量不同,在特定压力下进行选择性吸附,降压时使吸附剂获得再生的原理工作的。
它是生产纯氢的核心。
PSA由八个吸附塔组成,原生产工艺为4-1-2(4-4个塔同时运行;1-任一时间1个塔处在吸附状态,即送出成品纯氢;2-两次均压),现改为8-2-3工艺进行正常生产,事故状态下(一个塔或几个塔发生故障)切到7-2-3或4-1-2工艺运行。
各工艺运行时,各塔依次重复前一个塔上各电磁阀的运行状态,实现了一个封闭的循环,保证了生产的连续性。
各工艺间切换时必须参照将要切入或切出塔的压力,在特定的周期,步序才允许相互切换,以此确保了平稳无扰的生产运行。
改造后,纯氢的产量大大提高,工艺的灵活定有了很大的增强。
2、硬件:
在加制氢装置ABB公司MOD300DCS系统的基础上,添加了5块数字量输入卡(32路),3块数字量输出卡(32路),8路模拟量输入回路,6路模拟量输出回路。
3、软件:
利用DCS的操作平台,进行了各种功能的开发,如流程图、手操画面、切换画面,以及数据库中对新添卡件及回路的组态。
4、程序编制:
原有的设计方案需要单独引进一套PLC。
考虑到ABB公司MOD300DCS系统的稳定性,该系统自身所带的软件及内存容量,决定依据设计要求,独立进行DCS的软件开发。
PSA装置各塔的循环重复性是本程序的编程基础,依据时序图,确定了各分周期、步序中64个电磁阀的开关状态及时间。
4.1程序良好的可视性及可操作性:
程序良好的可视性及可操作性是设计原则。
利用强大的MOD300DCS绘图功能,绘制完成了人机界面。
在程序对现场电磁阀进行控制的同时,将各电磁阀接收到的开关指令,以及阀位的当前状态,在操作画面上即时显示。
考虑到电磁阀气路部分的滞后,若各电磁阀的回讯信息与其接收的动作指令不一致,延时1秒后,电磁阀颜色开始闪烁,以引起操作人员注意,及时检查阀位,确保生产正常运行。
在各阀的动作与各塔的状态信息严格一致符合设计要求的前提下,为使操作程序具有良好的可操作性,又引入了功能键。
共有STEP(步进)、RESET(复位)、START(启动)、PAUSE(暂停)、AUTO(自动)、MANUAL(手动)六个功能键。
为防止误操作,又增加了双重命令键。
只有在双重命令键的有效期(5秒)内,按下双重命令键(变为绿色,表示双重命令有效),在其有效期内,再按功能键,程序才响应相应的操作,否则,在双重命令键失效后(为红色),程序不响应操作,各功能键与双重命令键在一起有如下功能:
a、步进:
中断当前正在执行的步序,转入下一步。
b、复位:
中断当前正在执行的步序,从第一个周期的第一步重新开始运行。
c、暂停与启动:
是两个相关功能键,平时操作时默认为启动状态,暂停名令成立时,计算器停止计时,并保持当前的计算值,阀位保持不变,等待启动命令。
当启动命令成立时,计算器接着计时,暂停功能相当于延长了正在运行的步序的执行时间。
d、手动与自动:
是两个相关功能键,默认的状态为自动。
手动命令条件成立时,保持当前计时器的值,所有电磁阀全关,保持各吸附塔内的压力。
此时由操作人员调出PSA的手操画面对各个阀进行手动操作,操作完毕后由自动命令使程序继续运行。
TCL语言与PASCAL语言类似.现将实现各功能键的作用的程序列举如下:
L:
=0;
IF(%DELAY1-I_O.AC=1)THEN/*双重命令键有效*/
BEGIN
IF(%STEP1-I_O.AC=1)THEN/*步进*/
%TIM10-TIM.DN:
=1;
IF(%RESET1-I_O.AC=1)THEN/*复位*/
BEGIN
%TIM9-TIM.EN:
=1;
%TIM10-TIM.DN:
=1;
GOTO2;
END
WHILE(%PAUSE1-I_O.AC=1)DO/*暂停功能*/
BEGIN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
L:
=1;
WAIT(0.5);
END
IF(L=1)THEN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
I:
=0;
WHILE(%AUTO1-I_O.AC=0)DO/*手动功能*/
BEGIN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
IF(I=0)THEN
MANAUTO(VMODEMAN,VCLOSE);
I:
=1;
WAIT(0.5);
END
IF(I=1)THEN/*返回自动*/
BEGIN
MANAUTO(VMODEAUTO,VAL);
%TIM10-TIM.EN:
=1;
END
END
4.2程序框图:
此套PSA程序可分为3部分(由于程序太长,这里暂不提供,需要时请与我联系)
a、各塔运行状态框图:
输出状态信息
b、
读取该步的时间设定值
各塔阀位子程序框图:
手动?
返回主程序
C.主程序框图:
N
4.3程序运行的可靠性:
MOD300DCS系统硬件的可靠性是这次设计的基础。
此套MOD300DCS系统的通讯、控制站中重要卡件都有1:
1冗余备用。
一个发生故障时,另一个马上投入运行,二者之间被认为是无扰动的零秒切换,使系统安全可靠。
控制站CPU的毫秒级的扫描速度,确保了该程序运行的灵敏、有效。
炼化装置中对自动控制的可靠性要求比较高,因此在编程设计中从以下几个方面进行了特殊设计。
a、程序修改的权限性:
只有处于工程师权限时才能修改程序,操作人员只能对正在运行的程序进行操作,不能修改程序。
b、程序的激活和下装只能在工程师权限时才能操作完成,这样就避免了操作工的误操作,保证了PSA的连续可靠运行。
c、程序通过操作站良好的人机界面进行编程,并下装到控制站运行。
由于控制站不直接进行人机对话,所以就避免了因误操作引起的死机现象。
再加上控制站的冗余设计更加提高了程序运行的可靠性。
d、由于程序所用语言与该DCS系统所用语言相同,所以该程序有较好的可读性和识别性,从而进一步保证了程序运行的可靠性。
5、结论:
该程序的编制成功,为厂里节约了编程费用9万元及一套PLC的费用20万元。
该程序投入运行以后,一直比较平稳,且实践证明其可操作性良好。
采用该程序控制PSA后,使成品纯氢的纯度达99.99%,氢收率由原来的80%提高到84%。
按氢产量5000Nm3/h,每年运行8000h计算,每年可多产氢:
5000×8000×4%=1.6×106Nm3
为总厂取得了较好的经济效益。
作者简介:
曹玲,女,出生于1973年,山东省菏泽人,1996年毕业于抚顺石油学院自动化系工业自动化专业,获工学学士学位。
现在胜利石化总厂仪表车间工作,主要从事仪表及DCS系统维护与维修。
电话:
0546-8596741
通信地址:
山东省东营市胜利油田石化总厂仪表车间
邮编:
257000
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