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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: PTC機柜加熱器

GE Fanuc的產(chǎn)品在沈鼓機組監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)

發(fā)布日期：2022-04-18 點擊率：51 品牌：Fanuc

　　一、概述
　　沈陽鼓風機集團始建于1943，經(jīng)過60多年的不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為中國規(guī)模最大的生產(chǎn)透平壓縮機，透平鼓風機，大型通風機以及大型水泵、往復壓縮機的國有大型企業(yè)。多年來共累計生產(chǎn)各類離心壓縮機1300余臺，其產(chǎn)品覆蓋中國國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，并遠銷25個國家和地區(qū)，國內(nèi)市場占有率達85%以上，年產(chǎn)量居世界前列。
　　杭州蕭越熱電廠購買的空壓離心壓縮機為2MCL系列。杭州蕭越熱電廠位于杭州蕭山工業(yè)園內(nèi)。蕭山工業(yè)園內(nèi)建有很多印染、紡織廠，是全國最大的輕紡城。該機組主要目的是為蕭山工業(yè)園區(qū)的幾個印染、紡織廠提供風能。
　　本套控制系統(tǒng)是其空壓機組的配套產(chǎn)品，除了控制沈鼓的壓縮機還對青島汽輪機廠的汽輪機以及一些相關(guān)的泵站等輔助設(shè)備進行監(jiān)控。
　　
　　二、工藝控制要求
　　2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）
　　連續(xù)采集和處理所有與壓縮機組及其輔機相關(guān)的重要測點及設(shè)備狀態(tài)，及時向操作員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)機組安全經(jīng)濟運行。
　　? 機組參數(shù)的當前值或狀態(tài)的顯示、棒狀圖顯示、報警顯示和趨勢顯示。
　　報警顯示：
　　

　　
　　? 事故順序（SOE）記錄，通過在CIMPLICITY ME中進行C語言編程，并且通過CIMPLICITY HMI與歸檔數(shù)據(jù)庫SQL2000實時記錄S90-30系統(tǒng)內(nèi)部的事件動作，能精確到1ms。
　　? 機組概貌P&ID圖的模擬顯示，通過CIMPLICITY HMI進行組態(tài)，并且實現(xiàn)參數(shù)報警變色以及變量注釋的動態(tài)顯示。
　　機組氣路P&ID圖：
　　

　　
　　機組油路P&ID圖：
　　

　　
　　泵組P&ID圖：
　　

　　
　　加熱器P&ID圖：
　　

　　
　　2.2模擬量控制系統(tǒng)（MCS）
　　GE Fanuc PID回路增益、kp、 ki、 kd可由所控制的過程特性確定。其中關(guān)鍵在于：
　　1、當我們通過固定量改變CV時，PV改變有多大？開路增益是什么？
　　2、系統(tǒng)響應(yīng)有多快，或者說CV輸入躍遷后PV改變有多快？
　　許多過程可由過程增益，初級或次級順序延遲及一個純時間延遲而模擬。在頻率范圍內(nèi)，含一純時間延遲的初級順序延遲系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能如下：
　　 PV(s)/CV(s)=K*e*(-Tps)/(1+Tcs)
　　例：在時間范圍內(nèi)繪出時間t0的躍遷響應(yīng)曲線：
　　

　　
　　k：過程開路增益=PV最終改變/t0時的CV改變
　　Tp：t0之后在過程輸出PV開始傳送前的過程時間延遲或“死”時間。
　　Tc：Tp之后PV達到最終PV值的63.2%時所需要的時間。
　　測量這些參數(shù)的最佳方法是把PID模塊置于手動模式把CV做小幅躍遷，并且繪出PV響應(yīng)時間的曲線。
　　GE Fanu的PID調(diào)節(jié)方法由Ziegler和Nicholas在四十年代發(fā)展起來的。
　　一旦k、Tp和Tc三個過程模型參數(shù)確定后，即可用來估算PID回路增益。作用速率：R=K/Tc
　　只有比例控制，計算Kp
　　Kp=Tc/(k*Tp)
　　? 對于比例和積分控制
　　Kp=0.9*Tc/(k*Tp)
　　Ki=0.3*Kp/Tp
　　? 對于PID控制
　　Kp=G/(Tp*R) G為1.2~2.0
　　 Ki=0.5*Kp/Tp
　　 Kd=0.5*Kp*Tp
　　? 采樣周期在(Tp+Tc)/10至(Tp+Tc)/100之間。
　　還有一種“理想調(diào)節(jié)”方法，可以獲得最佳的SP改變響應(yīng)。
　　Kp=2*Tc/(3*k*Tp)
　　Ki=Tc
　　Kd=Ki/4
　　本系統(tǒng)的所有模擬量控制包括：調(diào)節(jié)油壓力，潤滑油壓力，壓縮機入口壓力，循環(huán)水入口流量等均采用PID ISA標準模塊進行控制。這樣選擇了適當?shù)膮?shù)后，可以快速響應(yīng)負荷或能量的變化，在自動方式下不需要人為的干預。當發(fā)生手動自動切換時實現(xiàn)平滑控制。
　　2.3 防喘振控制（Anti-Surge）
　　 GE90-30通過CIMPLICITY ME集成有專門的防喘振控制系統(tǒng)，有以下特點：
　　? 一旦發(fā)生喘振，可以人工干預、校正安全區(qū)域。
　　? 當工況點大于規(guī)定的速率越過喘振控制線時，自動打開防喘振閥。
　　? 以適當?shù)目刂破鬏敵鲈鲆骓憫?yīng)，使防喘振閥實現(xiàn)快開和慢關(guān)。
　　? 配有手操功能，用于調(diào)節(jié)、試驗和排除故障。
　　? 用接點控制電磁閥，當發(fā)生劇烈喘振或機組聯(lián)鎖時，直接開啟防喘振閥。
　　? 控制模型充分考慮了機組壓力，流量的要求和變化，最大限度的接近喘振線，保證工作區(qū)域最大。
　　?
　　防喘振控制：
　　

　　
　　
　　2.4 抽氣壓力和壓縮空氣電液調(diào)節(jié)（ELA）
　　? 在監(jiān)控系統(tǒng)CIMPLICITY HMI上顯示和控制505E，實現(xiàn)對汽輪機轉(zhuǎn)速，抽氣壓力和壓縮機空氣負荷的調(diào)節(jié)。
　　? 通過HMI和505E的配合使用，實現(xiàn)就地/遠程控制方式，方便操作人員的控制要求。
　　2.5 汽輪壓縮機組緊急跳閘保護（ESD）
　　機組停車保護的主要項目包括：潤滑油總管壓力、安全（速關(guān)）油壓力、轉(zhuǎn)速、軸振動、軸位移、軸承溫度和真空等。所有的保護輸出在邏輯上有閉鎖功能，以防止如熱電阻、熱電偶的誤動作。整個系統(tǒng)的掃描周期在40毫秒左右，完全能夠滿足緊急響應(yīng)的要求。
　　
　　三、GE Fanuc 的解決方案
　　
　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　

　　
　　
　　本系統(tǒng)采用 GE Fanuc 系列90-30 PLC系統(tǒng)作數(shù)據(jù)采集和控制，為了保證系統(tǒng)的可靠性，控制部分采用雙機熱備結(jié)構(gòu)，電源、CPU、通訊模塊和Genius通訊總線、以太網(wǎng)通訊模塊等都是冗余的。通過雙機熱備軟件MAX-ON配置后，導入Proficy Machine Edition編程軟件內(nèi)，從而實現(xiàn)雙機熱備功能，保證系統(tǒng)的高可靠性。數(shù)據(jù)采集部分由三層五個10 槽機架組成，層之間通過Genius總線連接。雙機熱備部分與數(shù)據(jù)采集部分利用 Genius Bus Controller (GBC)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通過Genius雙總線進行數(shù)據(jù)的通訊與傳輸。現(xiàn)場的各類模擬信號、電磁報警接點信號、PLC 輸出到現(xiàn)場電磁閥的起停信號等均通過端子排與 PLC I/O 模塊相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。上位機監(jiān)控系統(tǒng)為GE Fanuc公司的Proficy CIMPLICITY HMI V6.1來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及控制功能。包括2臺工程師站和1臺操作員站，并且在一個工程師站上集成WebView Server功能，用戶就可以通過WINOOWs IE瀏覽器實現(xiàn)全廠局域網(wǎng)數(shù)據(jù)瀏覽功能，便于公司管理層及時了解現(xiàn)場情況。
　　3.2 軟件系統(tǒng)
　　? 下位機系統(tǒng)軟件為Proficy Cimplicy Machine Edition
　　CIMPLICITY ME由Logic Developer(PAC、PLC、PC、State、CNC)，View，Motion Developer等組成。
　　

　　
　　
　　CIMPLICITY ME不但能夠?qū)删幊炭刂破鳎植际?，嵌入式控制器，數(shù)控系統(tǒng)進行編程組態(tài)，而且能夠?qū)E的操作面板，工控機和伺服系統(tǒng)進行編程控制。這樣，ME將多種控制要求集成在同一個平臺下，符合現(xiàn)代控制要求多樣性的要求，是一個功能十分強大的系統(tǒng)平臺。
　　

　　
　　
　　
　　如上圖所示：ME包含了大量的系統(tǒng)控制功能
　　
　　ME具有如下幾個特點：
　　l 使用CIMPLICITY ME軟件，在一個公共的環(huán)境用于配置、編程、調(diào)試和維護用戶程序。
　　l 統(tǒng)一的用戶界面
　　l 一個數(shù)據(jù)庫（交叉參考、變量表等）
　　l 符號編程
　　l 即拖即放功能
　　l Test修改編輯模式
　　l 強大的在線幫助窗口
　　l 支持多種IEC1131語言包括LAD、FBD、SFC、ST和C語言
　　? 熱備系統(tǒng)軟件MAX-ON
　　利用熱備軟件MAX-ON對S90-30系統(tǒng)進行配置后，導入ME中即可實現(xiàn)控制器之間的同步和數(shù)據(jù)交換。相對于西門子的S7-300軟冗余，該系統(tǒng)配置簡單、無須編程、數(shù)據(jù)交換效率更高、穩(wěn)定性更好、有嚴格的授權(quán)要求。
　　? 上位機軟件為Proficy Cimplicy HMI
　　 CIMPLICITY HMI主要有以下幾點特性：
　　l CIMPLICITY HMI包括CimEdit和CimView兩大組件。使用CimEdit功能可以非常方便的進行屏幕編輯；CimView作為顯示功能使用。
　　l 在HMI中可導入OLE和ActiveX對象，例如趨勢、SPC圖表及報警瀏覽器等內(nèi)容。
　　l 由于采用了開放式的系統(tǒng)設(shè)計，其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫登錄使用了標準ODBC接口。例如將報警、事件、與數(shù)據(jù)點值登錄到Microsoft Access數(shù)據(jù)庫文件、Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫或Oracle數(shù)據(jù)庫中去。可以從報表和各種符合ODBC標準的應(yīng)用程序中檢索數(shù)據(jù)庫信息。
　　l 支持VB腳本進行基本的功能控制。
　　l 利用Microsoft C/C++和Microsoft Developers Studio可生成新設(shè)備通訊接口，利用該接口訪問第三方設(shè)備。
　　l 支持OPC，包括OPC客戶機和OPC服務(wù)器。
　　l 含有報表管理器，很容易生成基本的過程報表。
　　l 支持客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和服務(wù)器冗余功能。
　　l 支持Web Server和Web View功能。
　　對于本套控制系統(tǒng)而言，最具有價值的是全面的應(yīng)用了GE Fanuc Proficy系列軟件。這樣，在S90-30熱備系統(tǒng)與工程師站或操作員站之間實現(xiàn)了的無縫高效的結(jié)合，無須利用腳本工具進行冗余通訊等額外的編程，這是使用第三方軟件難以實現(xiàn)的。CIMPLICITY HMI可以和GE Fanuc的熱備系統(tǒng)和三重化冗余系統(tǒng)進行無縫結(jié)合。
　　
　　3.3 硬件系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)共采集143路模擬量信號，包括14路熱電偶，60路RTD；采集的離散量99路。應(yīng)用的S90-30系列模塊如下：
　　? 主熱備CPU
　　表1：
　　

　　
　　? 從站CPU
　　表2：
　　

　　
　　? 分布式I/O通訊模塊
　　表3：
　　

　　
　　? 數(shù)據(jù)采集I/O模塊
　　表4：
　　

　　
　　三、應(yīng)用總結(jié)
　　GE Fanuc的控制系統(tǒng)在沈鼓的應(yīng)用已經(jīng)有15年的時間了。隨著沈鼓產(chǎn)品在我國的石油、化工、冶金、空分等等領(lǐng)域的應(yīng)用，GE Fanuc的控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了嚴峻的考驗。到目前為止，經(jīng)沈鼓集成的GE Fanuc控制系統(tǒng)已經(jīng)有上百套投入運行，包括VersaMax、S90-30、S90-70、GMR各級系統(tǒng)。如此多的產(chǎn)品很少有因為系統(tǒng)故障而影響生產(chǎn)的，為沈鼓產(chǎn)品的成功運行助力很多。
　　特別是近兩年來GE Fanuc的Proficy系列軟件的全集成概念，使得整個系統(tǒng)運行更加可靠，開發(fā)時間更短，我們在做系統(tǒng)集成時也更加得心應(yīng)手，為沈鼓機組的控制做出了突出貢獻。
　　
參考文獻：
《S30_Reference Manual》 GE Fanuc 1998
《CIMPLICITY ME PLC Training》 GE Fanuc 2005

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