ControlLogix在中海油氮气空分项目中的应用

Computer Era No 9 2009ControlLogix在中海油氮气空分项目中的应用林少荣’,张文杰2,王东国(1.中海石油患州石化分公司,广东惠州516086;2.浙江天博伟业科技有限公司)摘要:中海油600Nm3/h氪气空分项目PLC控制系统采用了全球领先的自动化品牌产品 Rockwell Automation,该系统基于上位机监控软件 RSView se和 ControlLogiⅸx系列可编程控制器。由于此类系统配置在现代空分行业较少使用,因此文章全面介绍了整个系純的软硬件、通讯和安全可靠性的配置情况,并对分子筛系统的设计与实现作了详细介绍。关键词: CNOOC;空气分离; NetLinx;分子筛; ControlLogix;Application of ControlLogix in Nitrogen Air Separation Project of CNOOCLIN Shao-rong. ZHANG Wen-jie, WANG Dong-guo(L. CNOOC Energy Technology Senvices-Petrochemicals Co, Huizhou, Guangdong 516068 China;: 2. Zhe Jiang Tian Bo Technology Co, Lid)Abstract: The PLC control system for 6000Nm3/h nitrogen air separation project of CNOOC adopts the globalbranded product Rockwell Automation. The system is based on upper computer moRSView SE and ControlLogixseries programmable controller. Due to the system configuration rarely used in modern airindustry, the configurations ofhardware and software, communication, and safe reliability in the whole system are overall introduced. Also the design andintroduced in detailKey words: CNOOC: air separation; NetLinx; molecule sift; ControlLogix: SFC0引言由于采用了规整填料塔,系统达到了无氢制氩的目的。惠州1200万吨炼油项目是中海油( CNOOC投资建设的第该空分项目控制系统采用的是全球知名的自动化品牌座大型炼油厂,在设计、工艺技术建造水平和环保标准上都 Rockwell Automation,该品牌的 ControlLorⅸx控制系统以其高达到际一流水平。该项目结束了中海油“有采无炼"的历史,可靠性适应工业过程强大的网络功能等特点广泛应用于各也使中海油一步跨进炼油项目的高端开始了与中石油中石化种生产工艺过程可实现顺序控制回路调节数据采集和分散的正面竞争。控制集中管理是实现机电一体化的重要手段和发展方向。空分系统是中海油整个石化基地第一期第一个投入运行1控制系统结构及硬件构成的项目,目的是向炼油厂提供氮气燃料空气分离控制系统由现场控制单元完成数据采集数据处空气分离是指在一个标准大气压下,根据空气中各组分的理、控制运算、控制输出等功能,通过 EtherNetIP网络实现与上沸点不同(N2:-1958OC,Ar:-1859OC,O2:-18300C),采位监控计算机的信息交互。现场控制单元通过监控计算机以用深度冷冻法的原理,通过精馏来分离空气中各组分。空气分文字列表曲线图形和动画的形式显示现场数据、变化趋势离装置主要由空气压缩预冷净化热交换制冷、精馏和产品气的压缩七个系统组成。另外,空分还有一个精氩生产系统故障情况和报警状态,为管理人员的操作提供可靠准确的实精氩生产系统主要由粗氩塔和精氩塔组成粗氬塔的作用是去时信息,同时现场控制单元接受上层管理以太网下发的命令,除氩馏份中的O含量精氩塔的作用是去除粗氩中的N含量实现整个系统的远程监控式的图像数据点分布图和密度分布图以及相应的数据分区,以术M机工卖幽蘸2001数据密度分布图的各个峰值为网格密度岗值按照某种等效规2幅辱龙开字氨害处理M电工版,2006则将各个网格密度阈值转换为 DBSCAN算法对应的各个e图毛君赢据枕福原理算M清太骨威版2007值。按照从密到疏的原则分阶段对图像数据点密度不同的各1再数懿偷叠据挖福截术同真考骨模2001122个局部图像区域使用局部ε值进行聚类。在低密度的案类中151PaCd方,煤,1面看实用银t将高密度类中的所有图像数据点作为一个对象考虑并可与相。M大香虫200邻的高密度类合并。这样可以得到多个密度层次上的案类结4北果赢零像处[7] Ester M, Kriegel H P, Sander J, et al. A Density-Based Algorithm果,消除使用全局e值而导致的不良结果for Discovering Clusters in Large Spatial Databases with Noise参考文献Portland: Knowledge Discovery and Data Mining, 19961] Jiawei Han Micheline Kamber是范啁等骨据:概合与计算机时代2009年第9期该系统采用分散控制集中管理的方式,分上、下两层结来自罗克韦尔软件的 RSLinx和 IoLinx软件产品。利用市场上构。上层为操作员站(工程师站)及外围设备,主要完成整个空现有的软硬件组件就可为计算机系统提供无缝接口。气分离系统运行状况的动态图形监控、设备故障信息的记录和22开放式接口查询设备运行停止状态的记录和查询历史数据的记录和查 NetLinx提供了建立完善解决方案所需的各种工具。询,此外还可以通过上位机完成PLC程序的修改和下载等工 NetLinx架构不仅提供了 EtherNet/IP, ControlNet、 DeviceNet和作。上位机和PLC站之间采用10M1M工业以太网连接并 Foundation fieldbus等网络连接设备,更重要的是, Netlinx架可以通过以太网连接厂级网络构还包含了优化的面向自动控制的一整套通用的高级软件接下层为现场控制级,由两台具有双机热备结构的口。这些接口是完全开放的并能保证最为高效的数据传输ControlLogix主机组成。主机和各远程O站之间通过高速、开23 Producer/Consumer模式的通信技术放、确定性的 ControlNet网络连接。主机之间采用双向冗余的基于开放网络技术的一种新发明的解决方案一生产者喀客光缆通讯连接。每台主机所在的框架中安装一块10M100M自户模式,允许网络上的所有节点同时从单个的数据源存取相同适应的 EtherNet/IP网卡,用于连接上位机以实现对全厂设备的的数据集中监控和对控制器程序的上传、编辑和下装。在远程UO框生产者客户模式网络的最主要优点架中插入一块 Mod Bus通讯模块,通讯协议采用 ModBus总线(1)数据源一旦发送数据,多个节点能够同时接收数据。标准协议,三台压缩机的控制单元作为 ModBus从节点挂接在(2)精确的同步化网络上设备增加,不会增加网络的通信Mod Bus总线上由PLC主站执行程序完成对压缩机的数据查量,并且生产者的数据可同时传输到所有消费者处。询和参数设置等操作生产者客户模式网络主要支持下述功能控制系统的网络结构图如图1所示。(1)组成主从、多主或对等通信结构(2)组成混合系统结构(主从、多主和对等设备的任意混合)(3)在一条链路上信息类型的任意混合显示报文发送数据3监控系统的热备冗余配置随着制造业竞争的加剧制造商更加追求生产设备的可靠性,尤其是那些控制关键性生产工序的设备往往需要采用冗用用余配置。目前,多数的基于可编程控制器的冗余系统采用了两套CPU处理器模块,一个处理器模块作为主处理器,另外一个作为从处理器。正常情况下,主处理器执行程序控制MO设备,从处理器不断监测主处理器状态。如果主处理器出现故图1控制系统网络结构障,从处理器立即接管对o的控制,继续执行程序,从而实现对系统的冗余控制。2开放式网络架构 Netlinx的应用下面以罗克韦尔自动化 Allen Bradley品牌 ControlLogix控Rockwell Automation开放式通讯架构具有优良的效率和制器为例,介绍其冗余系统的构建和性能优化问题。性能,可以方便地适应特殊要求。Ninx架构包含了连接制3.1cPU的双机、双电源和双机架的冗余造系统和企业管理系统所有必需的要素。这种从底层(车间级在国内外工业自动化控制领域中,CPU热备冗余作为提高设备层)到顶层(制造执行系统MES和资源计划系统ERP)的通系统可靠的有效手段,日前已被广泛应用。 ControlLogix的硬模式能满足建立完备系统的需求 Netlinx开放式网络架构件直接支持CPU的双机冗余,不需要用户编程来实现冗余切可以提供先进的网络技术更高的系统性能,利用它所提供的换用户只需要安装好硬件和连线然后用软件简单组态一下一整套通用的通讯技术及其开放式软/硬件接口,可以将制造层就可以实现CPU的冗余设置设备以多种方式连接至互联网。这种技术充分发挥了控制和机架B信息协议(CP)的优势,并提供了完整的网络功能以及标准的软{硬件接口21与介质无关NetLinx是“与介质无关”的技术,可以根据具体应用要求选择通讯组件和介质。如对于面向信息和控制数据传输的基图2双机架冗余架构于 Ethernet TCP/IP的 Ethemet/P,可为确定性控制层选择如图2所示,两个CPU分别放在机架A和机架B同时挂在ControlNet,为设备层选择 DeviceNet,在过程控制方面也可选 ControlNet网络上,两块冗余模板间通过光缆连接。这样,在两择与 FOUNDATION Fieldbus的连接。 NetLinx架构融合了开块CPU同步后,主CPU和从CPU通过冗余模板进行数据和程放式技术和面向过程控制的对象连接与嵌入技术OPC以及序的同步。当主CPU出现故障时对现场的控制自动转到备用Computer Era No. 9 2009cPU同时从CPU转为主CPU。故障CPU则可以停电检修而生产带来了极大的方便。同时程序具有暂停复位停止等功不会影响对现场设备的控制检修完成后,又可以自动实现与能(见图4)。当前主CPU的程序和数据的同步而成为备用CPU。由此可见匚分子筛参数设主一从的双CPU冗余配置大大提高了系统的可靠性32冗余的 EtherNet/IP网络通讯匚步进按钮输入了上位机通过 EtherNet/IP协议与主控制器通讯。为了确保通暂停][复位[停止讯的稳定可靠在系统通讯上采用了双卡双网冗余配置在每个冗余机架上新增一对ENBT模块。可以把上位机两块以太网卡匚开关釁輪出设置在两个不同的网段应用 ControlLorⅸx冗余系统别名主题电磁阀切换软件,可以实现切换后保持用户的HM和主控制器继续通图4分子筛时序图讯。在 RSLinx软件中,为主框架上的每个ENBT模块分别建立PLC采用程序控制逻辑,当需要对控制逻辑进行修改时一个别名主题别名主题代表与控制器(主题)通讯的路径只要修改程序即可因此,灵活性强扩展性强,同时给系统维如图3中所示:护带来极大的方便(1)在 ControlLorⅸx冗余系统,别名主题指向主控制器的43PLc智能化控制的实现和特点PLC程序以扫描方式顺序执行,通过PLC中的定时器编制(2)切换发生后别名主题指向新的主控制器的主题。一些时间脉冲触发程序每隔一定时间发出一个脉冲信号去触发一段检测程序系统即实现了定时检测功能分子筛仪控系统采用PLC控制,主要用于执行分子筛再生过程中的四个过程,它能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算----+-------术运算的功能。空压机自控系统采用PLC控制,主要用于完成空压机在运行中工艺过程数据的采集机组启动停车和参数越G限报警控制。以回路调节为主顺序控制为辅的PLC控制系统主2、HE一中出计符合机组启动和停车的逻辑算法。同时PLC采用程序控制逻辑,当需要对控制逻辑进行修改时只要修改程序即可。因此,系”+1统灵活性扩展性强给系统维护带来了极大的便利。5结束语在本空分项目中,空分装置的控制系统运用了 Contrologix图3 EtherNet/IP网络通讯冗余图的多种编程技术:时序图、功能块、梯形图和结构化文本,实现了对整套装置的数据采集、分步处理和分散控制以及集中管理4时序图(SFC)控制的分子筛程序的高度自动化控制功能分子筛系统是配套空分设备用于净化空气的成套设备。系统局地设备通过1756CNBR网络模块和MV56-MCM分子筛装置的程序切换系统采用电子切换器进行自动控制。协议转换模块实现了现场总线间协议的转换和互联,上层管理在干燥器自动再生控制过程中需要对再生过程的卸压加热、设备使用了最为先进的以太网技术主通讯节点一PLC主站通冷吹、充压四个过程的时间进行控制。过以太网网桥模块ENBT接入交换机,这些技术措施保证了系4.1硬件配置统的整体通信性能,实现了设备与设备之间以及系统与外界之分子筛系统干燥器和空压机自动控制系统需要带电磁阀、间的实时信息交换。同时由于采用了双树双卡的冗余通讯方接触器等所以控制器输出中间继电器要有一定的接点容量。式,通过四块1756-ENBT网桥模块提供四条通讯信道保证我们选用 Rockwell Automation的 Controllorⅸx可编程控制了整套系统通信的可靠性。此方法对同类自动化系统尤其是用于分子筛干燥器工作和再生的自动控制系统,其有功能齐对以太网热备冗余系统有较好的借鉴作用全、运行可靠的优点,且有双冗余功能。其系统硬件配置紧凑,参考文献可大大减化布线优化没计,提高设备的可靠性l酡元气体派峰专离工M]化工熏版,2005PLC的开关量输出信号用来触发继电器及报警输入信号(2李化清朝氯截术食工虫私,200用来接收运行中的检测信号和反馈信号,为分子筛仪控系统的献天制堂专设备自始化控集的僵针团课截本智能化控制提供依据。2006342系统软件设计及编程[4]Rockwell Automation RSView SE User Guide(J). ViewSE-UM003C操作特别增加了步进按钮程序。无论在控制过程的哪一步,R帕312在分子筛干燥器再生控制系统程序设计中,为了方便工艺utomation ControlLoⅸ典↓冗金能用卢手番团1756-UM523D-2H,2004.5.只要工艺需要按下步进按钮程序就会自动跳到下一步,这给