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西门子PCS7在亚星离子膜烧碱项目中的应用

  • 作者:张波,杜家全
  • 供稿:米尔自动化网
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  • 发布时间:2012-02-13

一、前言

Siemens PCS( Process Control System)7系统是面向工业过程的分布式的全集成控锘它综合了DCSPLC现场总线的技术。开放式网络结构、开放式操作系统以及开放式接口,范围内(即从生产级到管理级)的整个信息系统最优化;在全集成自动化的环境下,采用统•动化平台实现对整个工厂的自动化控制和管理。全集成自动化方案就是用一种系统完成原来系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案,可以大大简化系统的结构,减少了:口部件;应用全集成自动化可以克服上位机和各工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间,与分散之间的界限;同时,全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技席基于这种环境,技术人员可以在同一个平台下对所有应用进行组态和编程。

二、项目简介

亚星化学股份有限公司(见图1)位于山东省潍坊市,是一家大型上市公司。近年来该:展迅速,成功实现了与拜耳、朗盛等世界知名化工企业的合作,其主要产品CPE的产量约J70%。

6万吨,年离子膜烧碱项目于2005年9月1日正式投产,主要为CPE车间提供液氯原料氧水车间提供氢气原料。

图1  亚星化学股份有限公司概貌

三、离子膜烧碱的原理及工艺

离子膜法是电解食盐水溶液制造氯气、高纯度烧碱和氢气的新方法。使用一种不浸透性的阳离子交换膜,隔开阳极室和阴极室。膜本身只允许钠离子(Na+)通过去阴极室,而阻止氯离子( CI-)、次氯酸根(CIO-)、氯酸根( Cl03)等阴离子通过。所以在阴极室可以得到高纯度的烧碱。当原料盐水加入阳极室并通电后,在阳极发生反应生成Cl2,Na+向阴极室电泳,电泳的量与离子交换膜的阳离子选择性(卵)成比例。同时,阴极室生成的OH-,以(1-叩)比例向阳极室电泳。因此,需在阳极室加入(1—77)的盐酸来中和过来的OH-。主要反应为

阳极2CI- → Cl2-+2e

阴极  2H20+2e→H2 ↑+20H-

原盐水由皮带输送机送至溶盐槽,以电解工段来的淡盐水溶解。饱和的粗盐水自流至第一反应槽在此加入精制剂(Na2C03及NaOH溶液),使粗盐水中的Ca+、Mg+分别生成CaC03与Mg (OH)2。然后与助沉剂经管道混合流入第一沉降槽,以除去CaC03与Mg (OH)2。澄清过的盐水中加入助滤剂,由泵送入管式盐水过滤器,把盐水中的悬浮固状物除去后,泵送入第一树脂塔及第二树脂塔,使盐水中的金属阳离子的总量在0.1 mg/L以下,可供电解使用。精盐水进入氯气冷却塔中与电槽阳极室出来的经分离过的氯气进行热交换后,进入阳极液循环槽再次加入适量35%盐酸。泵进入电解槽阳极室进行电解。阳极产生的氯气与淡盐水一起进入氯气冷却塔的下部。分出的氯气经冷却后去氯干燥工序。淡盐水自流至阳极液循环槽,由泵送入第一脱氧塔,用蒸汽喷射抽真空脱氯。氯气经冷却后进入氯总管。但盐水由泵送去第二脱氯塔用压缩空气吹出法脱氯,稀氯气经冷却后去废氯处理工段,脱氯后的淡盐水去盐水工段贮槽。

阴极室产生的氢气与阴极液一并进入氢气冷却塔下部,分离出的氢气在冷却塔中用冷凝水与补充纯水喷淋冷却后去氢气处理工段,在此补充纯水是为了调节碱液浓度。阴极液自流入阴槽,一部分阴极液作为热源与浓缩工段的第二、三蒸发器之间进行循环;一部分与电解槽间循环,如图2所示。一般维持电解液浓度为NaOH 21%(重量)。阴极液循环槽取出的液(电解液)去浓缩工序。

图2  电解槽

三、系统介绍

本项目设计烧碱生产能力为6万吨,年,由德国伍德公司提供工艺,上海西门子工业自矧公司提供dcs控制系统,控制器采用SIEMENS AS417-4H,系统点数为1100点。整流黑整流器由阿尔斯通公司提供,通过Profibus与DCS通讯。系统配置如图3所示。

亚星化学6万吨,年离子膜烧碱DCS系

图3系统配置

经过去除杂质和钙镁离子的纯盐水进入电解槽后通以4~13.5kA的电流,在阳极室得到烧碱和 e气,阴极室得到氢气。工艺上分为盐水过滤、盐水精制、电解、电能提供(整流器和极化整流器)、[氢控制、阴极液循环、氯氢气压缩七个工段。

本控制系统的特点是:CPU冗余、电源冗余、I,O冗余、Profibus-DP冗余、以太网冗余、服,器冗余,为环网、冗余SERVER-CLIENT结构。稳定性显而易见,同时还具有很强的扩展性。

四、系统组态

1.硬件组态控制站通过Profibus-DP与整流器、极化整流器的PLC及远程I/O通讯。硬件组态如图4所示。

图4硬件组态

2.软件组态

软件组态采用PCS7的CFC、SFC、WINCC等标准组件,在此不做赘述。我们简要介绍一下 E此次项目中用户所提出的一些问题和我们在组态上特别是面板方面所做的尝试。

(1)问题一:如何实现在操作画面上对联锁中单个联锁条件的屏蔽?

如图5所示,联锁llock18有四个输入条件。在调试和开车期间,由于工艺原因,部分或全部是锁条件可能是成立的,那么在操作画面上屏蔽任意联锁条件,对系统的调试和开车都将是十分有}和有效的。

采用面板技术,我们设计了一个联锁面板,并将屏蔽联锁的选项做在面板上,方便调试时全部是锁条件和部分联锁条件的屏蔽。将联锁标记鬻显示在每一个相关设备旁,有联锁产生时该标记变 j红色口,点击该小图标进入联锁面板即可查看引起此设备联锁的详细信息。点击某一联锁条件旁 J选择框,即可屏蔽该联锁条件或解除屏蔽。例如图6所示,此时第一个联锁条件已被屏蔽而不会产生联锁动作,但不影响第二个及以后联锁条件产生后整个联锁的动作。

图5联锁逻辑图

a)

b)

c)

d)

e)

图6    对单个联锁条件的屏蔽

a)无联锁产生 b)有联锁产生 c)联锁的面板信息 d)屏蔽联锁条件1 e)联锁被屏蔽后操作画面的指示

为了防止误操作,对联锁面板设置了用户权限。仅赋予工程师和管理员屏蔽联锁的权限,操作人员无权限屏蔽联锁。

该面板的采用,不但大大方便了调试和开车,而且在用户以后的维护中,用户也可在设备故障情况下屏蔽相应的联锁条件,保证系统的正常运行及降低维护的风险。

(2)问题二、如何在操作画面上仿真设备信号?

现场调试阶段免不了要对系统的信号进行仿真,尤其是在对生产工艺和联锁功能的检测阶段。以往的做法是在CFC的模块里进行仿真,这样做费时而且还容易出错,并经常出现调试过后没有把仿真去掉的现象。

如图7a所示,在调试阶段,碱洗罐中是没有烧碱的,即液位为0%。但在调试树脂塔的再生和反洗程序时,程序要求液位低于10%时才能打开进料阀XV0614A,液位高于90%时才能打开出料阀XV0615A。因此,在程序的调试阶段,液位值是需要仿真的。模拟量仿真程序如图8所示。

a)

 

b)

c)

图7在操作画面上仿真设备信号 

a)碱洗罐  b)模拟量仿真面板c)液位L10602A被仿真为95%

在L10602A的标准面板上,我们增加了一个仿真图标囤,点击该图标可以打开仿真面板,真开关打到ON,固就变为固,这时在仿真面板的SimValue中输入要仿真的数值就可以了。

在调试结束时,工程师和操作人员从操作画面上很清楚地看到哪些信号被仿真了,方便硇前去除;而且当信号故障时,也可以把信号临时仿真到某一设定值,保证系统的安全运行,柏维护好后再关闭仿真功能。

图8模拟量仿真程序    

(3)问题三、如何在PID显示画面中调出历史趋势?

在标准的PID面板中,调出的是实时趋势,无法查看历史趋势。用户提出能否在标准面l势图中实现历史趋势查询,以方便调试和生产监控。

针对用户要求,我们设计了一个趋势面板,该面板调用PID的归档数据。把此面板加入!面板中,这样在PID的操作面板中调用趋势画面时均可显示和查询历史趋势,如图9所示。

图9  PDIC1160A的历史趋势图

联锁面板和信号仿真面板都与它们在CFC中的功能块一一对应,这样,联锁和仿真的面板都刍动上传,无需做额外的工作,就像使用PCS7的标准模块一样。根据实践情况和用户要求,工程币的工作就是设计一个新的功能块和一个相应的面板,而这样做的好处是大大优化了程序并方便了周试开车和维护操作。

五、总结

亚星化学6万吨,年离子膜烧碱项目已于2005年9月1日顺利投产,控制系统的现场调试仅仅羽了20天。

该项目的成功充分说明了PCS7控制系统完全能满足化工行业各种各样的复杂要求。它的稳定生、开放性得到了用户的好评;它的灵活性和强大功能也得到了亚星工程师们的一致认同。它和计肇机技术的紧密结合,特别是面板技术的日趋完善,使PCS7走在了业界的前端,并代表了控制系壳的一个发展方向。

上海西门子自动化有限公司近年来在离子膜烧碱行业有了不俗的业绩,也积累了大量经验并培养了多名了解离子膜烧碱原理及工艺而又具有多年PCS7经验的工程师。同时,我们也深知,用户拘合理要求、离子膜工艺的不断进步、PCS7控制系统的不断完善,是我们成功实施离子膜烧碱项目并把我国的离子膜烧碱事业推向前进的基础。 

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【文章来自米尔自动化网http://www.mirautomation.com/pages/2012-02/s35595.shtml
本文标签: 离子膜烧碱   控制系统   面板设计   仿真  
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