DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)爐窯上的應(yīng)用
DCS在控制上的最大特點(diǎn)是依靠各種控制、運(yùn)算模塊的靈活組態(tài),可實(shí)現(xiàn)多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要,使得在單元組合儀表實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡(jiǎn)單。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求,以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng),以多變量預(yù)測(cè)控制為代表的先進(jìn)控制策略的提出和成功應(yīng)用之后,先進(jìn)過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關(guān)注。需要強(qiáng)調(diào)的是,廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能最有效、最直接、也是最具價(jià)值的發(fā)展方向。
在實(shí)際過程控制系統(tǒng)中,基于PID控制技術(shù)的系統(tǒng)占80%以上,PID回路運(yùn)用優(yōu)劣在實(shí)現(xiàn)裝置平穩(wěn)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行中起到舉足輕重的作用,各DCS廠商都以此作為搶占市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)砝碼,開發(fā)出各自的PID自整定軟件。另外,根據(jù)DCS的控制功能,在基本的PID算法基礎(chǔ)上,可以開發(fā)各種改進(jìn)算法,以滿足實(shí)際工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的各種需要,諸如帶死區(qū)的PID控制、積分分離的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有邏輯選擇功能的PID控制等等。
與傳統(tǒng)的PID控制不同,基于非參數(shù)模型的預(yù)測(cè)控制算法是通過預(yù)測(cè)模型預(yù)估系統(tǒng)的未來輸出的狀態(tài),采用滾動(dòng)優(yōu)化策略計(jì)算當(dāng)前控制器的輸出。根據(jù)實(shí)施方案的不同,有各種算法,例如,內(nèi)??刂?、模型算法控制、動(dòng)態(tài)矩陣控制等。目前,實(shí)用預(yù)測(cè)控制算法已引入DCS,例如IDCOM控制算法軟件包已廣泛應(yīng)用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、石腦油催化重整等實(shí)際工業(yè)過程。此外,還有霍尼韋爾公司的HPC,橫河公司的PREDICTROL,山武霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN系統(tǒng)中開發(fā)的基于卡爾曼濾波器的預(yù)測(cè)控制器等等。這類預(yù)測(cè)控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往預(yù)測(cè)控制之前進(jìn)行噪聲濾波,而是把卡爾曼濾波器作為最優(yōu)狀態(tài)推測(cè)器,同時(shí)進(jìn)行最優(yōu)狀態(tài)推測(cè)和噪聲濾波。
先進(jìn)控制算法還有很多。目前,國內(nèi)、外許多控制軟件公司和DCS廠商都在競(jìng)相開發(fā)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制的工程軟件包,希望在組態(tài)軟件中嵌入先進(jìn)控制和優(yōu)化控制策略。
dcs控制系統(tǒng)特點(diǎn)?。龋茫梗埃埃模茫涌刂葡到y(tǒng)是基于回路控制演化發(fā)展成的DCS控制系統(tǒng),模擬量的控制是其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),等級(jí)精度為0.1級(jí)。其編程方式不是語句或梯形圖,而是以功能模塊的形式,簡(jiǎn)單的功能塊只處理單個(gè)任務(wù),復(fù)雜的功能塊如PID功能塊配上輸入、輸出功能塊就具備數(shù)字控制儀的所有主要功能。編制程序相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠,減少編程的錯(cuò)誤量。通訊方式是以太網(wǎng)通訊,在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程中可以打開監(jiān)控程序監(jiān)視DCS程序運(yùn)行狀況,并可在不中斷設(shè)備工藝運(yùn)行的情況下修改作為下位機(jī)DCS內(nèi)部程序,
現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試非常簡(jiǎn)便。其內(nèi)部所有功能塊輸入
輸出及運(yùn)算都是以浮點(diǎn)計(jì)算的模擬量,對(duì)于溫度回路和壓力回路的控制非常精確和穩(wěn)定,其數(shù)字量的處理速度相比PLC較慢。對(duì)以溫度控制為目標(biāo),不需要順序動(dòng)作控制的工業(yè)爐窯的控制系統(tǒng)采用HC900DCS控制系統(tǒng)非常適合。HC900DCS控制系統(tǒng)與上位機(jī)之間的通訊協(xié)議是完全公開的,因此可以應(yīng)用于多種工業(yè)組態(tài)軟件。
控制系統(tǒng)的組成?。龋茫梗埃埃模茫涌刂葡到y(tǒng)上位機(jī)采用DELL計(jì)算機(jī),配以太網(wǎng)卡。下位機(jī)為HoneywellHC900,同時(shí)另配一臺(tái)M2I觸摸屏作為備用,一旦上位機(jī)有問題,可在觸摸屏M2I上操作,不影響生產(chǎn)。見圖1
?。玻庇?jì)算機(jī)系統(tǒng)
由爐體畫面、工藝曲線、實(shí)時(shí)曲線、歷史數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、工件記錄、工件數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)修正、PID參數(shù)整定等畫面構(gòu)成。在組態(tài)王軟件基礎(chǔ)上編制的整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)界面友好,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)流程、工藝參數(shù)設(shè)定、過程控制回路實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史趨勢(shì)曲線和歷史記錄查詢以及查詢打印各種報(bào)表等數(shù)據(jù)的管理功能。2.2
HC900DCS系統(tǒng)HC900CPU:900C51,根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)配DI:900G01、DO:900H02、AI:900A01、AO:900B01若干,另配通訊模塊、電源模塊、機(jī)箱和若干250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻。
?。玻?觸摸屏
韓國M2I公司10.5”觸摸屏,RS232或RS485通訊方式,TOP-Designer編程軟件。
?。晨刂葡到y(tǒng)的性能整個(gè)控制系統(tǒng)具有功能全面、性能可靠、操作簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。
3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
北京亞控公司的組態(tài)王工業(yè)控制組態(tài)軟件是國內(nèi)運(yùn)用普遍的一種通用組態(tài)軟件,設(shè)計(jì)平臺(tái)功能比
較強(qiáng)大,可靠性高。筆者在其平臺(tái)上設(shè)計(jì)的窯爐控制軟件,面向工廠操作人員,具有界面友好、易懂易學(xué)的特點(diǎn)。上位機(jī)作為管理,不但具有數(shù)據(jù)管理記錄的功能,所有的操作控制都可在上位機(jī)控制畫面上進(jìn)行,同時(shí)還具有報(bào)警保護(hù)功能。
?。常玻龋茫梗埃埃模茫涌刂葡到y(tǒng)
控制精度高,可靠性高,具備離開上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行功能。一旦設(shè)備投入運(yùn)行,將計(jì)算機(jī)關(guān)閉后DCS控制系統(tǒng)也能按工藝曲線要求將整個(gè)工藝過程完成。
?。常秤|摸屏
作為計(jì)算機(jī)的后備設(shè)備,具備上位機(jī)的操作功能,在計(jì)算機(jī)故障時(shí)可啟動(dòng)HC900DCS控制系統(tǒng)。
?。唇Y(jié)論整套控制系統(tǒng)控制先進(jìn)可靠,整個(gè)設(shè)備溫度、壓力控制效果非常好,溫度場(chǎng)測(cè)試通過法國法瑪通公司現(xiàn)場(chǎng)人員的熱處理溫度場(chǎng)檢測(cè),產(chǎn)品熱處理達(dá)到美國西屋公司和法國法瑪通公司的核電產(chǎn)品熱處理的標(biāo)準(zhǔn),為中國核電產(chǎn)品的熱處理工藝控制提供了一個(gè)可靠平臺(tái)。