SIXNET控制器在炼油厂的应用_3

作者: admin 分类: 新闻 发布时间: 2019-06-04 11:29

1 引言

 工业水处理是炼油企业的重要公用工程设施。其中的脱硫装置和污水处理场是影响环保指标的关键装置。因此对工艺指标要求比较严格。今年大修决定新增一套dcs,监控这两套装置。两套装置的规模如表1所示。

2 dcs系统结构

  本dcs系统需要监控两套装置,它们之间相距大约2km,操控要求相对独立。因此用两组控制器分别执行控制运行功能,各负责一套装置的控制任务。控制器经过光纤网络与两套装置的上位机互联。每台上位机软件都包含两套装置所有的监控点。系统结构参见图1。


              图1 系统结构示意图

3 控制器介绍

 系统选用美国sixnet公司的ipm实时控制器。sixtrak ipmtm产品是使用功能强大、开放性linux软件的超级过程控制器,它具有灵活的通讯方式和强大的编程能力,为过程控制、数据采集或集散控制应用提供了完美的解决方案。

  sixnet的ipm产品提供两个独立的以太网口。每个以太网口具有独立的mac地址和可设定的ip地址。用户可使用这两个以太网口接入两个独立的以太网,以实现以太网冗余其主要特点如下:

(1)最多可支持50,000个i/o点
(2)同时提供5个以太网口和4个串口
(3)modbus/tcp、ascii和rtu标准协议
(4)最先进的linux ipm嵌入式技术
(5)独立ip地址的冗余网络(内置以太网交换机)
(6)强大的32位powerpc中央处理器
(7)超大内存,64m dram,128m flash
(8)iec61131标准编程和高级嵌入式c程序



4 冗余功能实现

  sixnet控制器不是硬冗余的,但提供看门狗(watchdog)及心跳(heartbeat)功能,使得用户可以通过编制程序来判断控制器的运行状态,从而以软件的方式来实现两个控制器之间的切换,起到冗余功能,参见图2。

             图2 冗余控制器通讯示意图
 
  网络冗余设计。由上图可见实现了网络冗余。sixnet的ipm控制器和以太网i/o控制器提供两个独立的以太网口。每个以太网口具有独立的mac地址和可设定的ip地址。利用这两个以太网口可实现网络冗余。工控机配置两个网卡,可以从两条网路读写网关中传输的i/o数据。

  控制器冗余设计。控制器冗余是这样实现的:两个控制器之间rs232串行线进行心跳信号的互相监测。正常状态下,由主控制器向网关输出数据,从控制器只读取网关中的数据,使得两个控制器保持同步。当从控制器检测到主控制器心跳中断时,从控制器将自己置为主,同时接管控制权,向网关输出数据。另一个控制器恢复正常工作时,先检测对方是否为主,如果是,则将自己置为从,开始同步数据;如果对方不是主则将自己置为主,行使控制,输出数据。简而言之,就是以网关为数据缓存区,来切换控制器的控制权。

  将上述思路用borland c++高级语言编程实现。

5 umca控制算法的嵌入

 5.1 pid控制的局限性

  许多工业过程都处于手动控制状态或者仍然使用具有60多年历史的pid(比例-积分-微分)控制器。pid是一种简单易懂的通用型控制器,适用于控制简单的过程。但是,pid有其局限性:

 (1)pid能控制基本线性的系统和定常系统,但不能有效地控制那些非线性、时变、耦合、时滞,干扰大和不确定因素多的复杂过程。燃烧和操作条件变化的工业过程属于复杂过程,用pid控制很难达到满意的效果。

 (2)控制一个过程对象前必须要整定好pid的参数,包括比例增益kp,积分时间ti和微分时间td。如果由于燃料发生了变化或负荷变化而引起过程动态特性的改变,就需要重新整定pid的各个参数。整定pid的参数通常是一件令人头痛的事,而且非常耗时。

 (3)pid是一种固定参数的控制器,这样的控制器并不能作为一个理想的控制系统的核心。

  脱硫装置的两个温度控制使用pid算法就无法投入自控。因为分液罐受含硫污水腐蚀快,脱硫塔又比较细,所以分一进料温度和分二顶温度属时变,耦合性强且干扰大的控制对象。

  5.2 umca算法的优点

  笔者在实践工作中摸索出一套复杂控制算法,称之为umca算法。umca算法是基于有模型和无模型二者结合的控制算法。它对于工业领域中常见的非线性、时变、大时滞、严重耦合、变结构复杂生产过程具有非常强的控制能力,由该技术构成的控制器具有非常强的实用性,使用者无需进行控制器设计、过程辩识,也无需重新整定控制器参数就可以投用,它是集预估(对于纯滞后的环节,如温度、ph值)、模糊、前馈、仿人智能、pid于一身的控制技术,具有非常好的鲁棒性、自适应性,为生产过程的平稳控制提供了强有力的控制工具。


 5.3 算法嵌入的实现

  sixnet开放式控制器支持c语言程序嵌入,通过编程的方式生成umca嵌入程序,在ipm控制器中运行,成功实现了两个温度的自动控制,使得整个装置的得到极大的提高。而且与冗余控制器切换程序配合使用,经受住了实际考验,大大减轻了工艺操作人员的劳动强度。

6 系统通讯

  本项目实质上是将两套装置合用一套dcs,并与实时数据库进行信息通讯。

  6.1 两装置的互操作性

 两套装置具有独立性,但操作上的互操作是通过上位机的hmi来集成的。本项目选用北京亚控的组态王v6.5作为hmi软件。通讯介质为光纤。这样,平时能互相监控,互相后备,任何一台上位机故障都不会影响操作职能的实现。而网络故障时,两套装置各自操控。系统的可靠性大大提高。而且工艺岗位设置也灵活机动。

  6.2 实时数据库接口

 实时数据库系统已是现代企业的基础设施。它一般通过企业网与dcs进行通讯。企业网是计算机病毒和黑客容易入侵的地方。所以,上位机作为实时数据库接口是不安全的。

  我们在dcs网络与企业网之间增加一台作为数据接口计算机,运行opc server软件来完成通讯。安装两块网卡,一块网卡连接dcs交换机,通过组态王软件来读取两套控制器的数据;一块网卡与企业网连接,通过组态王的opc server功能向外发送实时数据。既起到了隔离作用,又实现了数据缓存,使对外通讯稳定可靠。

7 结束语

 系统自投用以来,运行稳定,能完成各种严格控制要求。而且其调控简单易用,提高了生产平稳率,大大降低了工作强度,受到工艺操作人员欢迎。

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