Experion PKS系統(tǒng)在卸儲煤裝置的實際應(yīng)用

李斌(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引言

某煤化工公司是集煤制甲醇、煤制烯烴、發(fā)電于一體的綜合性化工企業(yè)。該公司熱電卸儲煤裝置工程裝置采用來煤整列進(jìn)廠、雙線雙翻車機(jī)卸載、三座圓形筒倉儲煤、破碎機(jī)破碎工藝。廠內(nèi)設(shè)置卸煤鐵路線共6條，兩條重車線、兩條空車線，1條機(jī)車走行線，1條到發(fā)線。日卸煤6～7列車。卸車后，原料煤(或燃料煤)由帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載輸送到相應(yīng)圓形筒倉儲存。筒倉采用直徑為30米，高為75米，儲存能力為3萬噸的3座圓形筒倉。這即能達(dá)到環(huán)保要求，又能減少了煤的損耗。儲煤筒倉安裝了一系列保護(hù)設(shè)施，包括：防堵設(shè)施(安裝有108門空氣炮)、煤倉防爆設(shè)施(倉頂安裝有防爆門)、安全監(jiān)測傳感器、自燃處理設(shè)施(氮氣保護(hù)系統(tǒng))。圓形筒倉采用皮帶機(jī)多點進(jìn)料，振動給料機(jī)多點排料，取料原則為先進(jìn)先出。圓形筒倉的原料煤(或燃料煤)由給料機(jī)給料后，經(jīng)筒倉下帶式輸送機(jī)、#2轉(zhuǎn)載站帶式輸送機(jī)輸送到碎煤站。原料煤進(jìn)碎煤站后采用細(xì)碎機(jī)進(jìn)行破碎。入料粒度為小于50mm，出料粒度小于10mm。然后經(jīng)帶式輸送機(jī)輸送到煤氣化裝置的煤倉間。燃料煤進(jìn)碎煤站后，先篩分，后破碎。燃料煤30mm分級，篩上品≥30mm進(jìn)入破碎機(jī)破碎至＜30mm，然后與篩下品＜30mm混合，經(jīng)帶式輸送機(jī)輸送到熱電站鍋爐煤倉間。燃料煤篩分破碎設(shè)有旁路系統(tǒng)，當(dāng)來煤粒度＜30mm時，不經(jīng)過篩分破碎直接轉(zhuǎn)載進(jìn)入熱電站鍋爐煤倉間。

程控流程

(1)振動給料機(jī)：翻車機(jī)將煤卸入受煤槽，由振動給料機(jī)將煤卸到皮帶上運(yùn)走。每個受煤槽下安裝5臺振動給料機(jī)，共十臺，單臺出力500t/h，功率為4.4kW。工藝人員可以進(jìn)行手動啟停，DCS控制系統(tǒng)可實現(xiàn)連鎖啟停。

(2)帶式輸送機(jī)：從翻車機(jī)房至筒倉輸送系統(tǒng)共有8條皮帶，此套系統(tǒng)采用雙路布置，一路運(yùn)行，一路備用，并且雙路可同時運(yùn)行，單路輸煤出力為2000t/h。其中，受料槽下皮帶兩條，至一號轉(zhuǎn)載站皮帶兩條，上筒倉皮帶兩條，筒倉上配倉皮帶兩條。工藝人員可以進(jìn)行手動啟停，DCS控制系統(tǒng)可實現(xiàn)連鎖啟停。

(3)電站配煤：主要的任務(wù)是將筒倉內(nèi)儲存的燃料煤通過皮帶輸送到電站原煤倉內(nèi)，以供電站燃煤生產(chǎn)蒸汽使用。

(4)氣化配煤：主要的任務(wù)是將筒倉內(nèi)儲存的原料煤通過皮帶輸送到氣化裝置的原煤倉內(nèi)，以供氣化裝置水煤漿氣化生產(chǎn)使用。

整個卸儲煤裝置控制系統(tǒng)由Experion PKS C300系統(tǒng)和部分成套設(shè)備PLC控制系統(tǒng)組成。卸儲煤裝置工藝過程的控制、監(jiān)測、記錄、報警等功能由DCS系統(tǒng)完成。成套設(shè)備的控制由其配帶控制系統(tǒng)完成?？刂品绞缴铣Ｒ?guī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)外，還有復(fù)雜控制回路、順序控制等。

DCS控制電源采用不同母線段的雙回路供電，自動切換，配備雙UPS電源以及全冗余容錯24V直流電源。

本系統(tǒng)設(shè)有多種運(yùn)行方式。各控制方式互為閉鎖。各生產(chǎn)流程，既能相互聯(lián)鎖工作，又能獨立運(yùn)行。系統(tǒng)采用逆煤流起車，順煤流停車。系統(tǒng)啟動前對整個運(yùn)煤系統(tǒng)沿線發(fā)出聲光報警信號，通知現(xiàn)場人員離開。由于與本系統(tǒng)相關(guān)的熱電站和煤制氣化裝置的控制系統(tǒng)均為DCS，為便于統(tǒng)一監(jiān)控與管理，根據(jù)總體設(shè)計要求，卸儲煤系統(tǒng)亦采用DCS控制系統(tǒng)，并作為熱電站DCS系統(tǒng)的一個分系統(tǒng)，以完成對輸煤膠帶機(jī)、給煤機(jī)等設(shè)備的監(jiān)視、控制、報警、聯(lián)鎖保護(hù)。

1 Experion PKS系統(tǒng)介紹

Experion PKS C300 系統(tǒng)是Honeywell公司最新推出得基于批處理、過程控制、SCADA 應(yīng)用的開放的混合集散控制—DCS(Distributed control system)系統(tǒng)。系統(tǒng)集過程控制組態(tài)及維護(hù)工具于一體，高性價比的C300控制器集成了邏輯控制、回路調(diào)節(jié)控制、順序控制和批量控制為一體，它能完成工廠里常見的連續(xù)過程控制、產(chǎn)品批量處理、離散量操作、設(shè)備控制等生產(chǎn)控制。通過系統(tǒng)提供的大量功能塊庫很方便來實現(xiàn)控制策略組態(tài)，滿足控制需要，用組態(tài)的方式提供監(jiān)視操作。

2 Experion PKS系統(tǒng)硬件配置

卸儲煤DCS控制系統(tǒng)硬件配置策略：(1)卸儲煤主站，1對Experion PKS系統(tǒng)的C300控制器；(2)運(yùn)儲煤分站，2對Experion PKS系統(tǒng)的C300控制器，通過光纖連接至卸儲煤服務(wù)器；(3)#3轉(zhuǎn)載DCS分站，1對Experion PKS系統(tǒng)的C300控制器，通過光纖連接至卸儲煤服務(wù)器；(4)電站煤倉間遠(yuǎn)程IO站，通過光纖連接至#3轉(zhuǎn)載DCS分站。

卸儲煤DCS總點數(shù)為3070點，其中：(1)模擬量輸入點(AI)為299點；(2)模擬量輸出點(AO)為37點；(3)開關(guān)量輸入點(DI)為1650點；(4)開關(guān)量輸出點(DO)為1084點。現(xiàn)場控制室中DCS系統(tǒng)柜為5個、系統(tǒng)服務(wù)器柜1個、端子柜7個、繼電器柜5個、配電柜1個。

(1)控制站-Experion PKS系統(tǒng)的C300控制器作為DCS主控制器。每對C300最多可支持 64個冗余I/O模件，每個機(jī)柜內(nèi)的I/O模件可以配置為16通道的AI卡或AO卡，均支持HART協(xié)議；64通道的三線制熱電阻或兩線制熱電偶低電平型AI卡；32通道的24V直流輸入型DI卡或100V/120V/125V/240V交流輸入型的DI卡；32通道的直接觸點輸出型或繼電器隔離輸出型DO卡。支持2個IOLINK接口，每個IOLINK 最多可以連接40個冗余模件。硬件具有垂直設(shè)計，集成接線，減少占用機(jī)柜內(nèi)的面積；雙列接線端子，易于安裝和維護(hù)；可選冗余，最大增加了系統(tǒng)的可用行；獨特的散熱管理，增加了產(chǎn)品的壽命；具有啟動診斷與運(yùn)行診斷程序等特點。

(2)工程師站、ES-C操作員站，選用Dell工作站T5400平臺和霍尼韋爾專用的操作員鍵盤。工藝人員可以方便地使用操作員鍵盤，快速切換流程畫面，以實現(xiàn)工藝參數(shù)的調(diào)整及監(jiān)控。

(3)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器/系統(tǒng)服務(wù)器，選用DellPE2950平臺。分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)(DSA)，集成多個過程控制過程，或多段控制單元。可用于地理位置上分散的各機(jī)柜間集散系統(tǒng)的互聯(lián)，有多個遠(yuǎn)程站，一般都有中央控制室。

(4)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)-控制網(wǎng)絡(luò)采用霍尼韋爾專利權(quán)的容錯以太網(wǎng)FTE，由兩個Cisco Catalyst 2960交換機(jī)組網(wǎng)，提供100Mb傳輸速率。操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等設(shè)備直接連接到FTE控制網(wǎng)上，DCS控制器通過防火墻連接到FTE控制網(wǎng)上。在已有可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，增加另外一層高安全防護(hù)可以拒絕接受所有控制器不需要的信息；如果通訊速度變慢，將對那些不重要的信息流進(jìn)行控制。

(5)與各種子系統(tǒng)的接口-基于Modbus通訊協(xié)議和RS422/485，Ethernet等連接方式的原則與PLC等子系統(tǒng)實現(xiàn)集成。

(6)所有人機(jī)界面的控制臺(Console站)和打印機(jī)。

(7)系統(tǒng)機(jī)柜、輔助機(jī)柜(端子/繼電器柜，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備柜，配電柜等)以及連接電纜。

3 Experion PKS系統(tǒng)軟件配置

PKS 用于組態(tài)的工具都集成于 Configuration Studio 的軟件包中，主要有下列工具：

(1) CONTROL BUILDER(控制生成器)，用于組態(tài)控制器上的控制策略，即編寫和監(jiān)控下位機(jī)程序。

(2) DISPLAY BUILDER(顯示生成器)，用于組態(tài)上位機(jī)畫面及數(shù)據(jù)顯示。

(3) STATION,(工作站軟件)，用于監(jiān)視控制顯示畫面及部分組態(tài)功能。

(4) QUICK BUILDER(快速生成器)，用于組態(tài)工作站(Flex站)，打印機(jī)及第三方控制器。

(5) KNOWLEDGE BUILDER(Experion PKS的在線文件庫)，用于提供Experion PKS在線幫助，可以查詢每個功能塊的使用幫助，以及一些問題的處理方法。

(6)各種公用程序。

4 Experion PKS C300系統(tǒng)日常維護(hù)與常見組態(tài)故障

任何控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行，是建立在正確和完備的維護(hù)基礎(chǔ)之上的，沒有那個控制系統(tǒng)廠家可以保證它自己的控制系統(tǒng)是免維護(hù)，不會出問題的。Experion PKS C300 系統(tǒng)同樣不例外，維護(hù)一般分為日常巡檢維護(hù)和定期停工維護(hù)。

(1)日常維護(hù)應(yīng)以仔細(xì)分析在線診斷信息，及時確認(rèn)并消除系統(tǒng)報警信息，對不能消除的系統(tǒng)報警，應(yīng)著重分析原因，并采取正確的方法進(jìn)行處理。日常的巡檢內(nèi)容有：①電源模塊、控制器、防火墻卡件運(yùn)行正常，無故障報警；②檢查服務(wù)器、操作站及工程師站硬件和軟件正常運(yùn)行，與控制器通訊無故障；③檢查服務(wù)器磁盤空間，對無用的數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，以便釋放磁盤空間；④檢查服務(wù)器內(nèi)存使用率是否正常，服務(wù)器內(nèi)存正常使用率不應(yīng)超過75%。

(2)定期停工維護(hù)是趁著工藝停車消缺等機(jī)會對控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。此時，可以進(jìn)行一些正常生產(chǎn)時對控制系統(tǒng)無法開展的消缺工作，主要內(nèi)容有：①將邏輯組態(tài)、圖形畫面、數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份，對服務(wù)器和操作站的操作系統(tǒng)進(jìn)行備份并將其刻錄光盤保存，以備有問題時進(jìn)行操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的還原；②確認(rèn)機(jī)柜內(nèi)所有設(shè)備都已經(jīng)停運(yùn)后，逐級對系統(tǒng)進(jìn)行下電，停止機(jī)柜的供電電源，戴好防靜電手環(huán)，鋪好防靜電墊布，對卡件拆下進(jìn)行除塵清理，一定要做好標(biāo)記，回裝時才能保證插回原來的插槽，卡件回裝必須正確無誤；③更換控制器電池；④逐級對系統(tǒng)進(jìn)行上電；⑤恢復(fù)控制器程序。

(3)常見組態(tài)故障處理：控制策略在組態(tài)軟件CONTROL BUILDER內(nèi)下裝時，彈出錯誤對話框，可能的原因有：①控制策略中有組態(tài)錯誤的地方，復(fù)制錯誤對話框中的錯誤代碼，在KNOWLEDGE BUILDER中，查找到該錯誤代碼，按照說明，修改錯誤，然后再下裝；②在工程師站下裝彈錯誤，而在服務(wù)器上可以下裝成功，則有可能是工程師站和服務(wù)器WINDOWS登錄密碼不一致導(dǎo)致的，將兩者WINDOWS登錄密碼修改一致，工程師站下裝程序就不會再彈下裝失敗的錯誤了。

服務(wù)器出現(xiàn)故障需要重啟的處理方法：①重啟服務(wù)器前查看服務(wù)器的主備，可以先重啟備用服務(wù)器。②服務(wù)器重啟完成后登陸administrator賬戶，待各項服務(wù)運(yùn)行后打開station軟件同步主備服務(wù)器。③同步完成后在station軟件中手動切換主備服務(wù)器。④切換完成后重啟原主服務(wù)器。⑤服務(wù)器重啟完成后登陸administrator賬戶，待各項服務(wù)運(yùn)行后打開station軟件同步主備服務(wù)器。⑥服務(wù)器重啟完成后如果AB服務(wù)器運(yùn)行均無異常，則令A(yù)服務(wù)器為主服務(wù)器，B服務(wù)器為備用服務(wù)器，AB之間保持同步。

5 結(jié)語

卸儲煤裝置自投產(chǎn)以來，除了卸儲煤主站機(jī)柜間和運(yùn)儲煤分站環(huán)境稍好，#3轉(zhuǎn)載DCS分站和電站煤倉間遠(yuǎn)程IO站，因為靠近輸煤皮帶，空氣中煤灰比較大，環(huán)境比較惡劣，雖然也有DCS系統(tǒng)IO卡件、通道及底板、繼電器損壞等情況的發(fā)生，但是Experion PKS還是依靠其穩(wěn)定的工作表現(xiàn)順利通過了生產(chǎn)工藝的考驗，也證明了其強(qiáng)大的功能，是可以滿足工藝要求的，為各裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)提供了有力的保障。