AX-2000集散控制系统在空分制氧行业的应用

    台塑公司于1985 年成立电子组，与日本富士电机技术合作，从事中大型分散式电脑监控系统（DCS）软硬体之设计与制造，2004年台塑实现多元化发展策略，将富士电机DCS技术整体收购，成立台塑电子（宁波）有限公司，由日本、台湾经验直接移转到大陆，并培养大陆技术人员，达成制造本土化，就近服务客户。目前台塑DCS（富士DCS）广泛应用与钢铁、化工、纸业、学校、医院、汽电共生、发电厂等过程。
富士电机于1975年10月发布DCS系统，是世界上zui早研发出DCS系统的厂家之一。AX-2000集散控制系统是富士的第五代产品系统，是开放的新一代综合控制系统，智能可靠的Process I／O 单元同时也被横河的CS3000系统所采用。AX-2000系统具有良好的控制性能、实时灵活的通讯能力、直观清晰的人机接口，系统扩展方便，获得用户较高评价。
东部某大钢铁有限公司制氧厂的20000Nm3/h的空分设备采用了AX-2000系统，从2005年7月投产至今，各项运行指标正常。自动化设计及控制包括空压机系统、空冷系统、水冷系统、分子筛纯化系统、增压膨胀机系统、精馏塔系统、加压气化系统、氧气系统、氧压机系统、调压站系统，整个空分系统全部由DCS系统控制，基本上实现了中央控制室的集中控制，自动控制系统运行稳定、可靠，能满足设计要求。
1 DCS系统配置及网络结构
1．1 AX-2000 DCS系统结构。
1．2 系统配置
AX-2000系统主要由工程师站（AES）、操作员站（AOS）、数据库站（ADS）和现场控制站(ACS控制器和Process I／O 单元)组成。本套20000Nm3/h空分设备主要配置工程师站（AES）1台，操作站（AOS）2台，数据库站（ADS）2台，控制接口卡5个，交换机2台，冗余ACS控制器一对，各种I／O卡件共计65个以及DCS软件包等。
1．3 系统构成
(1)操作员站（AOS）
操作员站也是研华工业计算机，采用WindowsXP操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：
a．各种监视信息的显示、查询和打印。主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。
b．通过键盘、鼠标等人机设备，对命令和参数进行修改，实现系统的人工干预，如在线参数修改，控制调节等。
c．操作员站可以通过授权更改为工程师站，实现工程师站功能。
(2)工程师站（AES）
工程师站是研华工业计算机或便携式计算机，采用windowsXP的操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：
a.  控制策略组态(包括系统硬件设备、控制、算法)，人机界面组态(包括系统图形、报表)和相关系统参数的设置。
b．现场控制站的下装和在线调试，操作员站人机界面的在线修改。
c．在工程师站上运行操作员实时监控程序后，工程师站可作操作员站使用。
(3)数据库站（ADS）
冗余设置的数据库站是研华工业计算机，采用windows2000SERVER的操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：
a.  检测系统中所有设备的报警信息并发送给操作站，记录过程数据、状态变化信息，系统传送信息、报警信息及恢复信息等历史数据记录功能。
b．具有保存系统操作站画面定义，位号定义，和AOS的系统程序等其他设备的备份功能。
c．可以通过网络打印机打印所有报警、运行操作信息、报表、实时趋势和历史趋势。
d.  自动同步系统中各站的时钟。
(4)现场控制站（ACS-2000）
现场控制站由ACS控制器、智能的Process I／O 单元、电源单元、现场总线和机柜组成，采用分布结构设计，扩展性强。冗余设置的高可靠性ACS控制器具备强大的EI型综合控制功能，可以方便实现就地维护和在线下载，运行着工程师站所下装的控制程序，与操作员站进行通讯，完成数据交换；智能的Process I／O 单元完成现场内的数据采集和控制输出；电源单元为智能I／O单元提供稳定的工作电源；现场总线为主控单元与智能I／O单元之间进行数据交换提供通讯链路。
2 空压机防喘振控制与联锁保护
    ACS控制器具备强大的EI型综合控制功能，EI控制比例自由设定使CPU负荷分散，执行效率提高，为空压机的自动化控制提供优良的系统环境。喘振是离心压缩机的固有特性，由它的特征曲线呈驼峰状而引起的。防喘振回路采用可变极限流量防喘振控制方案，根据压缩机的人口压力、出口压力、人口流量组成防喘振控制算法。空压机的流量计安装在人口位置，为消除四季空气温度变化对空压机喘振线的影响，增加两个测量点，即机组进口和出口温度，进行流量的温度补偿，并参与防喘振控制。
起动联锁逻辑：只有在相关的工艺或机械条件全部满足后，机组才能投人运转，因此设有起动条件逻辑的判断．通常还包括油压联锁逻辑(副油泵的自动起动条件)，以及轴振动联锁在起动过程中的解除逻辑，应用测振仪的报警倍增功能，让空压机在起动过程中对振动或位移既在安全监控范围内又能顺利地度过临界区，完成起动过程。
停车连锁或卸载逻辑：当出现任何一个重要的工艺参数超限或机组故障时，将进行紧急停车．事故停车后的再起动时．必须经人工确认。停车逻辑的结果是电机停机，放空阀(或回流阀)快速全打开．主空压机人口导叶全关，增压机人口导叶在zui小位置。在空分预冷系统或分子筛系统故障时，联锁动作的结果是卸载，即放空阀(或回流阀)全开，主空压机和增压机人口导叶均在zui小位置(注意：不是全关位置)，电机不停机。
3空气预冷系统自动化控制
当空冷塔水位稳定超高时，空冷塔水位控制阀稍开，水位低时，阀门稍关，另实现逻辑控制，以防水位高而造成分子筛进水。对于预冷系统对空冷塔上、下段进水量实现高低报警提示；对于水冷塔低液位、空冷塔高液位实现联锁停常低温水泵，空压机放空阀及防喘振阀打开卸压，空压机轻载，及时实现保护作用，避免分子筛进水。
4分子筛纯化系统自动化控制
分子筛纯化系统通过AX-2000的顺控功能来控制各切换阀门的动作实现分子筛纯化系统的降压、加热、吹冷及升压4个步骤。各切换阀门均由三位五通电磁阀控制。分子筛纯化系统是成对交替使用的，一只工作，另一只再生。本系统控制要点在于避免因阀门的开、关反馈信号不到位而延误分子筛纯化系统时间程序控制器的延时，分子筛纯化系统控制中设计有阀门开、关反馈信号屏蔽点。在不耽误程序控制器控制程序的情况下，操作人员可在屏蔽掉阀门的反馈信号后即时处理阀门的开关位置，恢复正常的控制程序。
5 膨胀机系统自动化控制
增压膨胀机采用一用一备，通过控制膨胀机喷嘴开度和流阀，从而控制其转速。并根据轴承温度、转速、供油压力、密封气压力等联锁值实现膨胀机的紧急切断阀关闭，回流阀全开，膨胀机转速下降，从而达到联锁停膨胀机的目的。
6 监控画面
通过DCS系统的画面组态功能，可在操作站上监控以下画面：
(1) 总貌窗口画面：通过颜色变化和闪烁来代表设备的操作状态，简单地操作颜色块就可显示相应的窗口。
(2) 流程图窗口画面：可实现真正的工艺流程，表征实际设备的状态。
(3) 控制窗口画面：通过软件的功能块组态成仪表面板图，显示设定值、操作输出值和状态信息。每个控制窗口画面可以显示16个仪表图。
(4) 调整窗口画面：显示单个仪表的详细状态信息，包括参数清单、仪表图。
(5) 趋势窗口画面：显示某个工位参数的趋势记录。
(6) 状态显示窗口：可在操作站（AOS）上显示以下画面：控制图状态显示窗口；逻辑图状态显示窗口；顺控表状态显示窗口；SFC (顺控图)状态显示窗口。
7 结束语
AX-2000系统具有良好的开放性、可靠性、灵活性、人机交互的友好性、网络通信的方便性等优点，它满足了制氧机对DCS系统功能的要求以及长期、稳定、安全、的运行要求，获得用户较高评价。