6万吨／年双氧水装置DCS系统实施方案.doc

6万吨年双氧水装置HPCS系统实施方案一、概述双氧水又称过氧化氢，是一种重要的无机化工产品，在纺织、造纸、化工、轻工、医药、电子、食品、环保等领域应用广泛。工业级过氧化氢在常温下能缓慢分解，当温度升高或紫外线照射时，分解速度加快，遇到灰尘、重金属离子或碱性物质时，发生剧烈分解，放出大量氧和热，严重时会发生爆炸。过氧化氢具有较强的氧化能力，可与各类还原性物质发生反应，且制备无机过氧化物、有机过氧化物的原料。由于其优良的氧化性能，双氧水在碱性条件下能破坏有机色素分子中的共轭体系而消色，因此被广泛地用作纺织、造纸等行业的漂白剂。目前我国双氧水产品分工业级、试剂级、医药级和电子级，浓度有27.5%、35%、50%和70%等多种规格。目前我国双氧水生产方法有蒽醌法和电解法两种。1986年以前电解法是我国双氧水生产的主要方法，由于其需要消耗大量的电力，成本提高，不适于大规模生产，已逐渐被淘汰，但电解法生产的双氧水品质最高，可精制成高浓度产品，适用于食品、医药等行业。蒽醌法比电解法优越，具有技术先进、自动化程度高、生产能力大、成本和能耗低以及“三废”易治理等多种优点。1987年以后，采用蒽醌法的双氧水产最就已超过电解法的产量。蒽醌法根据使用的催化剂不同又分为镍催化剂法和钯催化剂法，两种方法制取双氧水都要经过氢化、氧化、萃取、再生、净化等一系列过程，两者最大的区别在于前者使用的是镍催化剂悬浮床氢化器，后者使用的是钯催化剂固定床氢化器。后者与前者相比，具有工艺流程短、氢化设备简单、催化剂使用寿命长、安全可靠、操作方便等优点，因此具有更强的竞争力。截止1999年底，国内有51个双氧水生产企业，大约66套生产装置，基本上是蒽醌法生产装置，其中钯催化剂固定床氢化工艺是最主要的生产工艺。双氧水生产发展相当迅速，而且趋于向大规模、高技术、自动化控制方向发展。其中DCS集散控制系统在其中的应用变得越来越广泛和重要。二、系统工艺流程双氧水的生产过程包含五个工序：氢化工序、氧化工序、萃取净化工序、后处理工序、工作液配制及回收工序：氢化工序把蒽醌转化蒽氢醌或四氢化蒽醌。氧化工序用空气中的氧直接氧化蒽氢醌和四氢化蒽氢醌，并转化为蒽醌、四氢化蒽醌，同时生成双氧水。萃取的作用是用无离子水从氧化液中萃取回收双氧水，生产一定浓度的双氧水溶液，该溶液再经过净化处理后，不仅降低有机碳的含量，而且生产27.535%的产品出售市场。萃取的萃余液经过后处理再生处理后进入下一个使用循环过程。其生产过程如下图所示：三、控制方案根据双氧水的生产工艺过程，控制系统实现如下功能：1、实现各个单元操作的集中监控，包括：温度、压力、流量、液位等物理量的监测与控制。动态参数检测、控制必须准确、可靠。2、必要的遥控措施,对突发事件如停电等，系统应采取相应的保护措施，确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点（阀门、马达等）实施遥控。3、配置必要的报警和联锁。4、重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。5、可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。6、控制系统操作简单，参数设置、调整方便，便于操作，人性化的操作界面。7、操作员站显示整个生产工艺流程，修改和打印各种有关参数。在双氧水生产装置中典型的控制策略组态：氢化塔上塔、中塔二选一控制策略组态：如图所示：PT-101A、 PT-101B分别为氢化塔上、中塔塔顶压力，工艺操作过程控制方案：PT-101A、PT-101B和PV-101可以单独组成一个调节回路，并且在操作画面上可以随意进行切换。针对工艺的特点，引入TWOSEL二选一功能模块，利用DCS所提供的功能模块软连接等优点，这样很容易实现在不同情况下对调节阀PV-101的控制。四、系统配置根据双氧水的生产工艺和控制方案的要求，我们为此配置安全可靠的HPCS-4000+集散控制系统来监视、控制和优化。 HPCS-4000+集散控制系统实现过程控制、逻辑控制、顺序控制等功能；具有模块化柔性设计；提供开放数据接口、现场总线；顺应时代发展潮流，吸收最新电子技术、网络技术、控制技术，具有可靠性高、系统开放、构成灵活、界面友好、功能强大、维护简便的特点。 1、系统配置说明整套HPCS4000+系统配置1个操作员站、其中1个兼工程师站、1台冗余现场控制站及I/O 模块。 其中网络，电源和重要I/O模块冗余配置。工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图形、控制算法、报表的组态，参数配置，操作员站、现场控制站及过程I/O模块的配置组态，数据下装等。2 、 系统网络构架系统的网络由上到下分为、控制网和系统网两个层次，控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯；系统网实现工程师站、操作员站，现场控制站之间的与互连。 系统网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。 系统网络由100M工业以太网构成，用于工程师站、操作站与现场控制站的连接，完成现场控制站、通讯控制站的数据下装，上位机与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。3、系统结构如下图所示：4、系统控制检测点：信号类型系统需要实配点数配置余量模拟量输入( AI )RTD 192426.32%420mA576412.28%模拟量输出( AO )420mA 172017.65%数字量输入常规( DI )203260.00%数字量输出常规( DO )91677.78%合 计:12215627.87%5、系统的硬件配置：在系统硬件配置时要纵览全局,从满足生产过程对控制的要求，现场变送器和执行机构等部件特点,传输信号电缆和DCS输入/输出模板等方面全面考虑，从工艺的合理性、投资的经济性、运行的可靠性、维修的方便性等进行综合分析。5.1冗余的系统服务器/操作站，配置1台工程师站和1台操作站，并预留PC接口，满足了系统的操作需要，在工程师站上安装操作站软件，系统运行时可作为一台操作站使用，系统开车时2个操作站同时参与操作。5.2冗余的高性能控制模板，两个控制模板之间热备份，同时接受网络数据，其中之一的控制器发生故障，备份控制器自动进入工作状态。完成调节控制、数据处理、逻辑联锁、设备控制等功能。5.3冗余的以太网和控制网，系统配置了2对冗余网络，监控层要求开放。数据通讯系统是将分散处理单元、输入/输出处理系统及工程师站和操作站联接起来，以保证可靠和高效的系统通讯。因此采用冗余的以态网配置，通讯协议为TCP/IP标准协议，控制网要求安全。5.4在I/O模块配置上，采用预留出大于15%的扩展空间，模块的类型尽量少，整个系统仅有4类I/O模块，从而减少了备件的种类和费用。5.5所有电源设备和部件冗余。5.6系统配置表：序号设备名称规格型号单位数量1、操作员站1主机E7500 双核/2G/320G/16XDVD 台22LCD22液晶显示器台23D-LINK网卡块24交换机16口只25操作台7008001100=高宽深 台26网线套17UPS电源3KVA/2h套12、I/O过程控制站1控制器(DPU)5CA11台22模拟量输入（AI）模块5MAC1块83模拟量输入（A0）模块5MAC2-I块54模拟量输入（RTD）模块5-Mar-01块35开关量输入(DI)模块5MDD1块26晶体管输出（DO）模块5MDD2-N块17DPU端子座TD021块18通用模块端子座TA003块99无源型DO模块端子座TB008块11016通道继电器端子座TB009块111填空卡块212直流组合电源5BPOW套213双电源检测切换装置5BACU块114控制柜2200800650=高宽深台115西门子24V电源 10A6EP1334-3BA00台12210芯总线电缆LGH10-14套13、软件清单1系统软件WINDOWS XP套22组态软件工程师站软件包套13监控软件操作员站软件包套24DPU监控软件 实时控制套件套26、系统功能：6.1工程师站功能6.1.1用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。6.1.2生成任何显示画面和趋势图等,能调出系统中任一已定义的系统显示画面进行修改等工作。6.1.3通过通讯总线，可调出系统内任一分散处理单元的系统组态信息和有关数据。可将组态数据从工程师站上下载到各个分散单元的控制站。此外，重新组态的数据被确认后，系统能自动刷新其内存。6.1.4具有离线和在线全代码下载功能，不影响装置安全正常运转，可以在线加入或摘除网络设备而不影响其它网络设备正常运转。6.1.5具有对DCS系统的运行状态进行监控的功能。包括对各控制站的运行状态、各操作站的运行状态、各级网络通讯状态等方面的监控。6.1.6具有在线组态功能。如：量程上下限的改变、控制参数的调整等。6.1.7具有在线显示组态图上所有输入/输出、中间量的数值。6.1.8工程师站设置操作保护密码，以防擅自改变控制策略、应用程序、系统数据库。6.2操作员站功能操作站是人机对话的界面，几乎所有的控制指令和状态参数都在此交换。在操作站上可以分别显示各个流程图上现场的各种工艺参数，控制驱动装置、切换控制方式、调整过程设定值等，监控系统内每一个模拟量和数字量，显示并确认报警、操作指导、记录操作日志、记录操作信息如改变设定值、手/自动切换以及时间等，显示历史趋势图，定时打印报表。操作简单，满足操作控制和生产管理的要求。五、小结在双氧水生产过程中使用HPCS-4000+分散集中控制系统可以达到：控制准确可靠，操作简单，维护方便，节约劳动力，提高产品质量，降低消耗的目的，为企业创造可观的经济效益和社会效益。主要工艺流程画面：氢化工序流程图：氧化工序流程图：萃取工序流程图：后处理工序流程图：HPCS系统简介HPCS-3000、4000+分散过程控制系统是在多年研究国内外多种DCS产品技术基础上，汇集了多年发电、造纸、化工等生产过程控制经验最新推出的新一代DCS产品；是一个融计算机、网络、数据库、信息技术和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品。HPCS是英语HUAWEN Processing Control System的缩写，中文含义为华文过程控制系统。系统的开放式结构、模块化设计技术、合理的软硬件功能配置和易于扩展的特点，可广泛用于电站的分散控制、电厂调度和管理信息系统、变电站监控、电网自动化、钢铁企业的高炉监控、化工企业的过程自动化和造纸厂过程自动化。华文HPCS4000+分散控制系统产品介绍：HPCS4000+系统是京仪华文自动化系统工程（上海）有限公司推出的一种新型的分散控制系统（DCS），它继承和发扬了传统DCS的优点，实现了控制功能分散，显示、操作、记录、管理集中。系统采用计算机技术、图形显示技术、数据通信技术、先进控制技术等多种先进技术，实现结构优化、功能强大、软件易学易用、界面简洁现代、组态得心应手、通信系统开发、维护管理手段先进，集数据采集、过程控制、生产管理于一体的先进控制系统，能满足不同规模的生产过程的控制和管理需求。HPCS是英语HUAWEN Processing CONTROL System的缩写，中文含义为华文过程控制系统。系统的开放式结构、模块化设计技术、合理的软硬件功能配置和易于扩展的特点，可广泛用于电站的分散控制、电厂调度和管理信息系统、变电站监控、电网自动化、钢铁企业的高炉监控、化工企业的过程自动化和造纸厂过程自动化。 1 系统结构HPCS系统网络结构拓扑图HPCS 在构成应用系统时，过程控制单元DPU数量可根据工程规模的大小配置1-64个过程控制站，人机接口站HMI数量1-128个节点。2 系统特点2.1 宽温范围的设计，提高了可靠性和适应性选型上采用宽温范围的工业级器件，所有模块、DPU、电源都能够工作温度：-40+85，工作湿度：2090RH，非冷凝环境下长期运行，可以将控制站放置在现场设备端或露天的场合，构成远程控制站，为用户节省大量的控制电缆。2.2 设计上采用低功耗器件，提高了可靠性采用低功耗器件，DPU也无需风扇散热，模块化结构全密封封装，减少粉尘腐蚀，极大地延长了使用寿命，提高了系统工作的稳定性和可靠性。2.3 系统中所有模块（DPU、I/O）均可带电插拔，可以在运行中更换I/O底座。2.4 全方位冗余确保系统可靠通过技术创新，采用全方位的冗余、容错等技术，使控制网路、IO模块、DPU、电源和系统网络可以做到全冗余，局部故障时不会影响整个系统的工作，确保可靠性。2.5 高速、可靠、冗余的通信网路系统采用实时数据网和H-i现场总线二级通信，实时数据网采用无服务器的对等网结构，网络采用冗余的工业以太网，负责各节点（包括过程控制站、操作员站和工程师站等）间的实时信息和控制命令的通信。H-i现场总线网络采用冗余结构，系统专用控制网路，采用例外报告和变速率扫描方式，大大地提高网络的工作效率和数据的实时性，系统高速可靠。2.6 高度集成的组态调试环境数据库组态、控制策略、画面组态不再是各自独立的应用程序，而是可以进行相互交叉引用和检索。例如在控制策略组态的同时，帮助用户生成画面的手操器；也可利用手操器，帮助调试相关的控制策略；又如可以同时检索测点在画面组态及控制策略中的使用情况。通过集成环境，使得用户输入的数据得到最大的程度的使用； 2.7 创新的配色方案对象，解决其他软件存在的颜色变更问题利用配色方案，在画面对象颜色和最终显示颜色之间，建立一个逻辑颜色层，为项目中使用的各种颜色赋予逻辑意义。这样不仅为画面组态提供了一套标准颜色方案，而且非常便于修改颜色及其逻辑意义的对应关系。2.8 全新设计的实时数据库，大大缩短数据更新及操作的速度采用动态订购/发布的模式提供数据，可以随时变更需要访问的测点数据，可以随时订购各个控制器中多达50多万的数据项。通过修改数据发布模式，大大缩短实时数据的更新和操作速度；2.9 完善的记录和集成的访问工具，为进行数据分析提供高效的平台HPCS的数据分析在一个工具中完成，同时观察历史趋势、相关报警、事件记录、SOE记录。各种信息在时间轴上依次展现。用户可以全面掌握一段时间之内系统的各种信息变化；3 HPCS硬件介绍3.1. 过程控制站-DPU3.1. 1 硬件结构过程控制器（DPU）控制系统中的重要部件，为提高其可靠性，减少连接环节，设计上采用一体化结构，即CPU、冗余H-i控制网路口（可达1M）、冗余100M工业以太网、内存、电子硬盘、电源和状态指示一体化。低功耗过程控制器。电源供电：24VDC 0.1A外观图如下所示:冗余的过程控制器安装外观图过程控制器印版外观图3.1. 2 主要功能DPU采用实时多任务操作系统RT-LINUX，应用软件为自行研发的嵌入式控制器专用软件，主要功能有：接收智能IO模块采集的数据；接受操作员站的操作指令；接受并执行系统工程师站下装的控制策略；向智能IO模块发送控制指令及数据；向HMI发送实时数据；和第三方通讯；实现自动冗余和数据同步。3.1. 3 主要特点低功耗CPU的应用，使得DPU无需使用风扇冷却，延长了使用寿命，提供了系统的稳定性和可靠性。数据通讯采用独创的双H-i控制网,控制网采用例外报告和变速率数据传输。系统网采用双工业以太网同时发送，网络流量均衡控制，有效防止网络风暴和数据的可靠传输。控制器可以在线或离线组态，无需进行编译下装，提供了工作效率，加快了系统的投运和维护时间。可靠的故障切换和安全恢复机制，解决控制器故障时系统安全运行。3.2. 智能IO模块主要技术指标:采用高性能低功耗的十六位处理器。完全隔离的冗余H-i通讯口，基准通讯速率500 kbps，可达1Mbps。看门狗功能使得模块离线后能自恢复。通讯故障时输出自保持。模拟量输入可通过通道接线方式选择回路供电，支持两线制仪表，每通道可向外供电最大电流100mA。输入模块通道间耐压250VAC,输入通道误接220V电源不损坏通道。SOE时间分辨率小于1ms。通讯与信号侧隔离电压1500V。模块电源和通道回路使用自恢复电子保险丝，多级过流保护。模块可以远程就地安装，无需使用空调设备。模块和端子采用可脱卸方式，模块支持热插拔。现场电缆直接连接到模块端子座上，无中间转接端子。各类型模块均可冗余配置。地址：8位开关拨码确定。抗共模电压 250V。CMRR120DB SMRR60DB。工作温度：-40+85 。工作湿度：2090RH，非冷凝。静电放电ESD: 2KV。如下是智能IO模块印版外观图以下智能IO模块主要技术数据4 系统性能指标序号技术项目性能指标 说明一、网络性能1控制总线网络5001000Kbps冗余H-i2实时数据网100Mbps冗余TCP/IP3管理网100MbpsTCP/IP二、系统容量1实时数据库容量 500，000点 2过程控制站最大数量 64对3过程控制站IO模块最大数48个 4过程控制站控制回路数无限制 5 历史数据库容量 500，000点 6 实时画面数量 无限制 7 每幅实时画面动态点数量 无限制 8 系统网络节点数 200 控制站和HMI之和9 报表数量 无限制 三、实时性能1 过程控制站最小控制周期 50ms 2 最小画面刷新周期 0.1s 3 置值输出操作 0.1s 4 信号画面更新 开关：0.2s模拟：0.5s 四、可靠性指标1 系统平均无故障工作时间（MTBF） 200,000h 2 系统可利用率 99.95% 五、精确度指标1 模拟量输入大信号 0.1% 2 模拟量输入小信号 0.2% 3 模拟量输出信号 0.2% 4 SOE时间分辨 1ms 六、抗干扰能力1 共模抑制比 120db 2 差模抑制比 60db 3 输入-输出-通讯回路隔离电压 1000V 七、负荷率1 HMI 30% 2 DPU 30% 3 系统网络 10% 八、环境条件1 工作温度 -4085 2 工作相对湿度 10%95%不结露 3 储藏运输温度 -55125 项目业绩：海南金海纸业自备电厂 输煤系统程控 张家港中油泰富石油有限公司 大型罐区监控（共两期） 甘肃白银冶炼厂 冶炼炉DCS改造 山东临沂江泉热电公司 MIS系统 山东临沂江泉热电公司 460T/H+135MW循环流化床机组DCS的MCS+SCS+FSSS+ECS 临清运河热电有限公司 2*130TCFB+50MW机组DCS MCS+SCS+FSSS 上海电力学院DCS实验室 DCS系统 山西稷山东方铁合金厂 3*90T+2*15W机组DCS系统MCS+SCS+FSSS+ETS 内蒙古太西集团乌斯太焦化有限公司 鼓冷、能补工段DCS 内蒙古乌海市众星焦化厂 60万吨焦炉DCS 大连市中国人民解放军5706工厂 335T锅炉DCS MCS+SCS+FSSS 陕西黄陵矿区煤矸石电厂 2220t/h 锅炉+250MW机组系统MCS+SCS+FSSS+ETS 四川和协电力有限公司工程 2台余热锅炉改造DCS系统MCS+SCS+FSSS 阜康热电有限责任公司 575t/h锅炉+312MW机组改造DCS系统MCS+SCS+FSSS+ETS 中油吉化集团公司动力厂二期工程 410t/h+135MW机组DCS系统MCS+SCS+FSSS 四川乐山福华农药科技有限公司 2