| 詳細說明 |
精細化工廠DCS改造升級系統，精細化工廠為提高生產管理水平，提高企業信息化程度，現考慮將2#生產車間的生產過程進行自動化改造。該車間主要生產任務是進行染料的生產和罐裝過程。本次改造涉及的生產設備包括不銹鋼反應釜1套、計量桶6套、碳鋼溶解桶1套、重氮釜2套、耦合桶6套。該部分裝置區域屬于非防爆區，設備材料不需要防爆。生產過程涉及到的介質有、蒸汽、冷卻水等物質。目前該項目的生產設備的基建安裝、電氣安裝等已經基本就緒，儀表安裝正在進行中，儀表的安裝將配合自動化改造的需要進行。
1. 改造目標
1.1 總體目標
本次改造的總體目標是：
l 提高生產管理水平
通過自動化改造，使生產中的溫度控制、計量控制、投料控制等生產過程實現自動控制，減少人工干預，提高生產管理的質量。
l 提高安全管理水平
對于生產過程中的溫度、壓力超限提供記錄、報警、自動連鎖處理等手段，對影響生產安全的環節提供自動化處理，。
l 自動化水平循序漸進
考慮到企業員工對自動化生產方式的適應能力，因此本項目方案中，應保證手動生產能作為后備手段，在必要時替代自動化的生產方式；
由于目前生產設備已經基本具備手動生產的功能，且可能很快將投入生產，因此自動化改造要減少對生產過程的影響。
1.2 控制需求
l 不銹鋼反應釜控制需求
實現升溫保溫、降溫等溫度控制，實現壓力監測和報警。
l 計量桶控制需求
進行稱重計量控制，并根據流量校驗計量誤差。
l 重氮桶控制需求
對攪拌電機、物料溫度進行監測和報警。對物料溫度超限進行自動冷卻處理。進行投料計量控制。
l 耦合桶控制需求
對物料溫度進行監測控制和物料計量控制。
2. 控制方案
2.1 方案選型原則
l 以DCS作為自動控制核心
根據本改造項目的特點，需要監測和控制的對象基本都是溫度、壓力、流量等連續過程信號，而不是開關的邏輯信號，因此方案將以DCS控制系統作為核心。
l 配備冗余控制器提高系統可靠性
根據生產過程對可靠性、安全性的需要，將配備冗余控制器進行自動控制。在DCS系統運行時，該冗余控制器互為備用，一旦某個控制器出現故障，另一個將無擾切換投入工作，并提供報警信號，供用戶及時處理故障，并且不影響生產的自動控制過程。
l 提供手自動的備份運行方式
所有現場檢測信號通過信號分配器產生一分二信號，一路信號供就地監測，另一路信號接入DCS系統。
凡是涉及到調節控制的閥門在管線上安排一個手動閥和一個自動調節閥。自動生產時手動閥全開，由自動閥根據DCS指令自動調節；在全手動生產時，自動閥全開，由員工調節手動閥進行生產。
凡是涉及到電動開關的閥門，在電氣柜中安排一副開關從DCS引入的開關信號，然后通過就地控制箱上的切換開關，選擇由現場操作箱操作或是DCS控制。
2.2 控制系統結構
為本項目設計的控制系統結構圖如下：
控制系統采用HPCS-4000+，高速數據總線是冗余布置的100M工業以太網。
系統配置一對冗余控制器，控制器通過I/O總線與I/O模塊進行數據通訊，獲取經轉換的現場信號，或者對現場設備發送控制指令。
I/O模塊用于處理現場各種信號，本系統需要使用的模塊有模擬量輸入（4~20mA）、模擬輸出（4~20mA）、熱電阻、開關量輸入、開關量輸出等幾種。這些模塊都可帶電插拔，便于在生產過程中實時維護。
上位機部分根據目前實際需要，配置兩臺上位機，一臺作為操作員站，負責對生產過程進行監視和操作，另一臺作為工程師站，對控制系統進行組態和維護，并在必要時可以作為操作員站的備用機。
2.3 數據采集功能
數據采集 (DAS)可連續采集和處理所有與生產系統有關的重要測點信號及設備狀態信號，以便及時向操作人員提供有關的運行信息，實現生產裝置的安全經濟運行。一旦生產裝置發生任何異常工況，及時報警，提高生產安全特性。
DAS具有下列功能:
l 顯示: 包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、報警顯示等。
l 制表記錄: 包括定期記錄、事故追憶記錄、事故順序(SOE)記錄、首出原因記錄等。
l 歷史數據存儲和檢索
2.3.1 顯示功能
1) 每個上位機畫面能綜合顯示字符和圖象信息，運行人員通過CRT實現對運行過程的操作和監視。
2) 流程圖畫面。以類似用戶的流程圖的形式，顯示過程信息，并設有操作窗口，可對任一控制回路進行操作。
3) 每幅畫面能顯示過程變量的實時數據和運行設備的狀態，這些數據和狀態應每秒更新一次。顯示的顏色或圖形隨過程狀態的變化而變化。
4) 提供棒狀圖和趨勢圖，幫助用戶查看過程信號的變化。
5) 可顯示DCS系統內所有的過程點，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、中間變量和計算值。包括標志號(通常為Tag)、說明、數值、性質、工程單位、高低限值等。
6) 在監控畫面上提供操作指導，并由CRT的圖象和文字顯示出來。
7) 可根據運行要求和參考用戶提供的P&ID，提供足夠和的用戶畫面。用戶畫面的型式與數量，可以在工程設計階段或后期生產階段按實際要求進行增加和修改。
8) 標準畫面顯示。提供報警顯示、趨勢顯示、成組顯示、棒狀顯示等標準畫面顯示。
9) 成組顯示。在技術上相關聯的模擬量和數字量信號，可以組合成組顯示畫面，并保存在存儲器內，便于運行人員調用。
10) 趨勢顯示。系統可以提供歷史數據的趨勢和實時數據的趨勢顯示。趨勢顯示可用整幅畫面顯示，也可在任何其它畫面的某一部位，用任意尺寸顯示。所有模擬量信號及計算值，均可設置為趨勢顯示。
11) 報警顯示。報警分為系統部件故障報警(包括診斷報警和后備硬件故障報警)和工藝過程報警(值報警、偏差報警、變化速度報警)兩類。無論當時屏幕上是何種畫面，系統可以音響和突出顯示(閃爍、顏色改變等)方式通知操作員
12) 系統狀態顯示。系統狀態顯示可以表示出與數據通訊總線相連接的各個過程站的狀態。各個站內所有I/O模件的運行狀態均應包括在系統狀態顯示中，任何一個站或模件發生故障，相應的狀態顯示畫面應改變顏色和亮度以引起運行人員的注意。
2.3.2 記錄功能
1) 記錄功能可由工程組態確定，數據庫中所具有的所有過程點均應可以記錄。
2) 系統能提供生成以下報表:定期報表、操作記錄、事件順序記錄等。
3) 歷史數據的存儲和檢索(HSR)。系統提供的HSR系統至少能保存系統所有過程變量和開關變量，并提供長達1年的保存事件。
4) HSR的采樣周期可根據不同的過程變量分1秒、3秒、5秒、1分和3分可選。
2.4 過程控制功能
以下的控制功能均指在控制器中實現的軟件功能。
2.4.1 回路控制功能
1) 系統提供PID單回路調節、串級調節等功能。
2) 提供匹配的手操器模塊，進行手自動切換操作。所有PID的操作在上位機提供匹配的模擬手操器面板。
3) 提供伺服模塊，用于實現調節閥的模擬伺服操作。
2.4.2 設備控制功能
1) 提供單向電機（例如攪拌電機）的集成控制模塊。
2) 提供電動閥門的集成控制模塊。
3) 以上電機控制的功能模塊，在上位機均提供相應的操作面板。
2.5 系統主要參數
| 信號處理參數 | |
| 模擬量輸入 | 小于等于0.1% |
| 模擬量輸出 | 小于等于0.2% |
| 模入通道共模干擾抑制比 | 大于120dB |
| 控制器參數 | |
| I/O容量 | 4096點/控制器 |
| 控制回路 | 按需配置 |
| 實時數據采集周期 | 100ms |
| 控制周期 | 100ms，可調整 |
| 實時數據庫容量 | 64000點 |
| 通訊參數 | |
| I/O網絡通信速率 | 1MBps |
| 系統網絡通訊速率 | 100MBps |
| 冗余功能參數 | |
| 冗余電源 | 提供 |
| 冗余通訊鏈路 | 提供 |
| 冗余控制 | 提供 |
| 電源參數 | |
| 交流供電 | 220VAC 10%，47～53HZ |
| 過電流保護 | 負載達到額定值105%～150%時保護 |
| 過電壓保護 | 輸出電壓達到標稱值140%～170%時保護 |
3. 系統配置清單
根據目前用戶的控制需求，提供配置清單如下：
| 項目 | 規格型號 | 數量 | 廠家 |
| 控制系統 | | | |
| 過程控制器(DPU) | 5CX11 | 2塊 | 華文 |
| 模擬量輸入（AI）模塊 | 5MAC1 | 5塊 | 華文 |
| 模擬量輸入（RTD）模塊 | 5MAR1 | 3塊 | 華文 |
| 模擬量輸出（AO）模塊 | 5MAC2-I | 5塊 | 華文 |
| 開關量輸入(DI)模塊 | 5MDD1 | 2塊 | 華文 |
| 繼電器輸出（DO）模塊 | 5MDD2-J | 4塊 | 華文 |
| 通用模塊端子座 | TA003 | 8塊 | 華文 |
| 繼電器型DO模塊端子座 | TB007 | 2塊 | 華文 |
| DPU端子座 | TD021 | 1塊 | 華文 |
| 開關電源組 | 5BPOW | 2個 | 華文 |
| 交流電源切換裝置 | 5BACU-3 | 1個 | 華文 |
| 10芯總線電纜 | LGH10 | 1根 | 華文 |
| 軟件/組態編程軟件 | 一體化 | 2個 | 華文 |
| 控制柜 | 800*700*2200 | 1個 | 華文 |
| 通用配件 | | | |
| 交換機 | 8口 | 2個 | D-Link |
| 網線 | 超五類雙絞線 | 300米 | AMP |
| 操作臺 | 1200*800*700 | 2個 | |
| 操作站HMI | 4G/500G/標準鍵鼠/雙100M網卡 | 2臺 | DELL |
| 操作站顯示器 | 23〞LCD | 2臺 | DELL |
附表：
| 30m³不銹鋼反應釜（1套） | | | | 量程 | 單位 | 數量 | AI | RTD | AO | DI | DO |
| | 反應釜溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調節閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調節閥開度反饋 | 輸入 | | | | 1 | 1 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| | 冷卻水調節閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 冷卻水調節閥開度反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 1 | 1 | | | | |
| | 反應釜壓力 | 輸入 | 4-20mA | 0-1.6 | Mpa | 1 | 1 | | | | |
| 計量桶控制（6套） | | | | | | | | | | | |
| | 計量桶重量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進料調節閥指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 6 | | | 6 | | |
| | 進料調節閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 進料泵電機運行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 6 | | | | | 6 |
| | 進料泵電機運行狀態 | 輸入 | DI | 0-1 | | 6 | | | | 6 | |
| | 進料流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| 碳鋼溶解桶（1套） | | | | | | | | | | | |
| | 熱水溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 儲桶物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 1 | | 1 | | | |
| | 蒸汽調節閥開度指令 | 輸出 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | | | 1 | | |
| | 蒸汽調節閥開度反饋 | 輸入 | 4-20mA | 0-100 | % | 1 | 1 | | | | |
| | 熱水循環泵運行指令 | 輸出 | DO | 0-1 | | 1 | | | | | 1 |
| | 熱水循環泵運行狀態 | 輸入 | DI | | | 1 | | | | 1 | |
| 重氮釜（2套） | | | | | | | | | | | |
| | 攪拌電機電流 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 攪拌電機運行狀態 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 2 | | 2 | | | |
| | 亞納進料調節閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 2 | | | 2 | | |
| | 亞納進料調節閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | | | 2 | | | | | 2 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 2 | | | | 2 | |
| | 亞納投料流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 2 | 2 | | | | |
| 耦合桶（6套） | | | | | | | | | | | |
| | 物料溫度 | 輸入 | Pt100 | | | 6 | | 6 | | | |
| | 緊急冷卻水閥開閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥關閥指令 | 輸出 | DO | | | 6 | | | | | 6 |
| | 緊急冷卻水閥開到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 緊急冷卻水閥關到位 | 輸入 | DI | | | 6 | | | | 6 | |
| | 耦合桶流量 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | 6 | | | | |
| | 投料流量調節閥指令 | 輸出 | 4-20mA | | | 6 | | | 6 | | |
| | 投料流量調節閥反饋 | 輸入 | 4-20mA | | | 6 | | 6 | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | 合計 | 34 | 17 | 17 | 27 | 25 |
| | | | | | | 模塊通道 | 8 | 8 | 4 | 16 | 8 |
| | | | | | | | 5 | 3 | 5 | 2 | 4 |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
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