化工醫(yī)藥行業(yè)自動(dòng)化解決方案

1、 化工醫(yī)藥行業(yè)自動(dòng)化解決方案目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc534827845 2企業(yè)自動(dòng)化解決方案 PAGEREF _Toc534827845 h 3 HYPERLINK l _Toc534827846 2.1化工、醫(yī)藥行業(yè)解決方案 PAGEREF _Toc534827846 h 4 HYPERLINK l _Toc534827847 2.1.1SIS儀表安全系統(tǒng) PAGEREF _Toc534827847 h 4 HYPERLINK l _Toc534827848 2.1.2FCS 火炬控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc534827848 h 6 H

2、YPERLINK l _Toc534827849 2.1.3氣體計(jì)量與控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc534827849 h 8 HYPERLINK l _Toc534827850 2.1.4聚丙烯裝置的投料系統(tǒng) PAGEREF _Toc534827850 h 9 HYPERLINK l _Toc534827851 2.1.5中藥萃取控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc534827851 h 9企業(yè)自動(dòng)化解決方案化工、醫(yī)藥行業(yè)解決方案 上海藍(lán)鳥機(jī)電有限公司在化工行業(yè)有多年的控制系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。我們與美國(guó)GE公司、德國(guó)西門子、法國(guó)施耐德等合作，先后實(shí)施完成了多個(gè)化工行業(yè)的一些關(guān)鍵應(yīng)用項(xiàng)目。 SIS

3、儀表安全系統(tǒng) 安全儀表系統(tǒng)SIS（Safety Instrumented System）也稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（Safety Interlock System），緊急停車系統(tǒng)ESD（Emergency Shutdown System），安全關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（Safety Related System），安全停車系統(tǒng)（Safety Shutdown System）等，是由國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508及IEC 61511定義，由現(xiàn)場(chǎng)儀表和操作室邏輯控制單元組成的用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)異常的情況迅速進(jìn)行處理，使裝置停車時(shí)回到安全狀態(tài)的控制系統(tǒng)。SIS在生產(chǎn)裝置的開(kāi)車、停車階段，運(yùn)行

4、以及維護(hù)操作期間，對(duì)人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。無(wú)論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故障危險(xiǎn)，還是人為因素導(dǎo)致的危險(xiǎn)以及一些不可抗因素引發(fā)的危險(xiǎn)，SIS都應(yīng)按預(yù)先確定的程序立即做出正確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號(hào)，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車，阻止危險(xiǎn)的發(fā)生及擴(kuò)散，使危害減少到最小。 SIS是用儀表實(shí)現(xiàn)安全功能的系統(tǒng)，包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件及相應(yīng)軟件等。通過(guò)傳感器對(duì)過(guò)程變量進(jìn)行檢測(cè)，這些變量信號(hào)根據(jù)安全聯(lián)鎖的要求在邏輯運(yùn)算器中進(jìn)行處理，一旦過(guò)程變量達(dá)到預(yù)定條件，則將輸出正確的信號(hào)到最終執(zhí)行元件，使被控制過(guò)程轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)安全儀表系統(tǒng)SIS分成以下三類： 操作聯(lián)鎖，作用是執(zhí)行各種間斷和連續(xù)操作

5、順序。比如由于排放原因?qū)е戮酆戏磻?yīng)器被隔離后依次停催化劑進(jìn)料泵和烷基鋁進(jìn)料泵；又如當(dāng)急冷液泵的安全聯(lián)鎖啟動(dòng)后，將相應(yīng)進(jìn)料控制閥關(guān)閉等。這種等級(jí)較低的聯(lián)鎖將放在DCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 安全聯(lián)鎖，作用是保護(hù)大型設(shè)備避免受損或工藝物料排放至火炬系統(tǒng)。比如當(dāng)廢催化劑中和罐的液位或溫度超限報(bào)警時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉中和罐的催化劑和堿液進(jìn)料閥，并停止廢催化劑泵；又如在充裝可燃介質(zhì)的鋼瓶區(qū)域，開(kāi)關(guān)閥儀表風(fēng)管線的設(shè)計(jì)為可燃尼龍管，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，尼龍管被熔斷，那么在它上面安裝作為探測(cè)用的壓力開(kāi)關(guān)就會(huì)動(dòng)作，返回的信號(hào)能夠迅速完成如下操作：關(guān)閉烷基鋁鋼瓶出口閥，停烷基鋁泵并禁止其啟動(dòng)，關(guān)閉鋼瓶的進(jìn)氣閥并打開(kāi)排氣閥，以及廢催化劑中和系

6、統(tǒng)停車。這樣就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)烷基鋁系統(tǒng)的隔離。這些都屬于高等級(jí)的聯(lián)鎖，應(yīng)該在SIS內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 高整合安全聯(lián)鎖，作用是由ESD（緊急停車聯(lián)鎖）實(shí)現(xiàn)基于最終安全閥或安全閥排放工況所確定的所有邏輯功能。為防止現(xiàn)場(chǎng)單體儀表故障引起的聯(lián)鎖誤動(dòng)作，需要將傳感器進(jìn)行三重化設(shè)置，也就是采用3取2的表決邏輯。比如袋濾器內(nèi)安裝了3個(gè)獨(dú)立的壓力傳感器，只有2個(gè)以上傳感器達(dá)到高報(bào)警設(shè)定值時(shí)，才關(guān)閉聚合反應(yīng)器粉料排放閥、粉料轉(zhuǎn)移閥、清掃氣隔離閥以及袋濾室的隔離閥，否則，不會(huì)發(fā)生聯(lián)鎖動(dòng)作。這部分聯(lián)鎖的安全等級(jí)是最高的，也是SIS考慮的重點(diǎn)。 三重化系統(tǒng)構(gòu)架圖 FCS 火炬控制系統(tǒng) 高架火炬系統(tǒng)主要用于石油化工等企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的

7、尾氣、不平衡廢氣及緊急事態(tài)下的放空燃燒，如果不及時(shí)處理掉將給周圍環(huán)境帶來(lái)污染和隱患。火炬作為石化廠的一個(gè)重要的安全裝置，即使在各種節(jié)能改造(如尾氣回收利用)工程實(shí)施后，均不能將其忽略，而用長(zhǎng)明燈來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，將浪費(fèi)大量的能源。放空燃燒是解決的一個(gè)好辦法。采用頂部高空直接點(diǎn)火，十分安全可靠。因此火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)越來(lái)越受到廣泛的重視?；鹁孀詣?dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)是一套保證生產(chǎn)設(shè)備安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)。 火炬自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)由操作單元、邏輯控制單元、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元及點(diǎn)火燃燒單元構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，不但能實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)燃火炬和氣柜柜位的控制及聯(lián)鎖，而且可優(yōu)化燃燒控制，減小對(duì)環(huán)境污染。主要由以下幾部分組成：（見(jiàn)附圖

8、） HMI人機(jī)操作界面 邏輯控制單元 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu) 核心部分是邏輯控制系統(tǒng)，它安裝在控制臺(tái)內(nèi)，他通過(guò)人機(jī)界面根據(jù)操作人員發(fā)出的命令和被控對(duì)象的檢測(cè)信號(hào)，按照一定的邏輯關(guān)系去控制相應(yīng)的對(duì)象（如啟停高壓發(fā)生器、開(kāi)閉電磁閥、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程切換等）。被控對(duì)象的動(dòng)作結(jié)果又被作為新的檢測(cè)信號(hào)反饋給邏輯控制系統(tǒng)，參與信號(hào)的邏輯綜合，并通過(guò)人機(jī)界面告知操作人員控制命令的執(zhí)行情況。 考慮到系統(tǒng)的安全需要，控制系統(tǒng)選用具有安全認(rèn)證的GE GMR 三重化冗余控制系統(tǒng)。GMR（GeniusModularRedundancy）三重化冗余控制系統(tǒng)是基于GEFanuc公司的90-70PLC以及先進(jìn)的智能化輸入/輸出模塊

9、（GeniusI/O）構(gòu)成的具有國(guó)際先進(jìn)水平的三重化表決控制系統(tǒng)。GMR系統(tǒng)是一個(gè)非常具有靈活性的系統(tǒng)，它可以提供輸入到CPU控制器以及輸出的各種冗余組合；這就是說(shuō)：用戶可以根據(jù)自己的工藝要求將不同的參數(shù)按不同的配置進(jìn)行處理。根據(jù)對(duì)冗余的不同要求；傳感器信號(hào)被引入到隔離的Genius輸入模塊。設(shè)置在獨(dú)立機(jī)架中；各自獨(dú)立的CPU從每條Genius總線上接受這些輸入信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行表決，然后，根據(jù)表決結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)用程序。以GMR系統(tǒng)中三重化（TMR）的配置為例：它包含三個(gè)獨(dú)立的PLC以及運(yùn)行在每個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)中的診斷程序。通過(guò)三選二的表決，系統(tǒng)為用戶提供了高可靠性和無(wú)誤差操作。 該系統(tǒng)以其強(qiáng)大的功

10、能和靈活的配置組合在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，例如：石油化工；冶金；電力；輕工；紡織；鐵路；壓縮機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)組等需要安全保護(hù)及自動(dòng)連鎖保護(hù)的場(chǎng)合得到廣泛地應(yīng)用，特別是在緊急停車；鍋爐；加熱爐管理；環(huán)保以及火焰氣體監(jiān)測(cè)的應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 由于系統(tǒng)的硬件采用了物理上無(wú)藕合設(shè)計(jì)和分離式結(jié)構(gòu)電路保護(hù)，因此用戶一般不用擔(dān)心出現(xiàn)硬件故障影響操作。 在TMR配置中，三個(gè)CPU中的每個(gè)CPU通過(guò)三重化的GeniusI/O總線將邏輯狀態(tài)結(jié)果送至輸出子系統(tǒng)；Genius輸出模塊對(duì)三重化的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，然后送至負(fù)載。離散輸出電路對(duì)電流，電壓傳感器的信號(hào)進(jìn)行綜合分析，從而，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出和負(fù)載狀態(tài)的診斷。GMR識(shí)別系統(tǒng)鼓掌并

11、對(duì)其自動(dòng)補(bǔ)償，同時(shí)，允許在不中斷系統(tǒng)運(yùn)行的情況下對(duì)其實(shí)施維修和部件更換。故障是一個(gè)軟件報(bào)警器功能來(lái)處理的，它可以提供時(shí)間記錄和I/O故障報(bào)告，系統(tǒng)故障的兩個(gè)診斷表可以有編程器顯示，也可以送到計(jì)算機(jī)或其它協(xié)處理器進(jìn)行顯示。 每一個(gè)PLC中的診斷程序都在持續(xù)地運(yùn)行以檢測(cè)明顯的隱蔽的故障，從而，降低系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR），同時(shí)，為維修和操作人員自動(dòng)生成故障報(bào)告。 內(nèi)存錯(cuò)誤的診斷是有奇偶校驗(yàn)來(lái)完成的，同時(shí)也對(duì)數(shù)據(jù)、地址線進(jìn)行測(cè)試。 Genius I/O以其先進(jìn)的技術(shù)和分布式設(shè)計(jì)使得它的I/O可以監(jiān)測(cè)在系統(tǒng)中的其它智能設(shè)備的狀態(tài)，從而無(wú)需長(zhǎng)距離引線就能提供自動(dòng)診斷。GeniusI/O既可以提供本

12、地安裝方式也可以提供遠(yuǎn)程安裝方式，從而，可以節(jié)省50%的安裝成本。典型火炬自動(dòng)點(diǎn)火程序控制邏輯 氣體計(jì)量與控制系統(tǒng) 對(duì)于一些大型氣體供應(yīng)商（如法液空、林德氣體等）來(lái)說(shuō)，構(gòu)建本系統(tǒng)裝置的主要目的就是為企業(yè)建立一個(gè)獨(dú)立的氣體計(jì)量站系統(tǒng)，從而對(duì)供應(yīng)客戶的大眾氣體如氮?dú)?、氧氣、氬氣、氫氣等氣體進(jìn)行統(tǒng)一的、精確的計(jì)量，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)歸納統(tǒng)計(jì)作為氣體結(jié)算的依據(jù)。本系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及PLC組成 ，即PLC 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及處理，并將有效數(shù)據(jù)通過(guò)高速以太網(wǎng)傳遞給上位計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)各種用于結(jié)算流量的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)生成報(bào)表并保存，整理，備份以供用戶調(diào)用。 上海藍(lán)鳥集團(tuán)先后為法液空提供了多套控制系統(tǒng)，提供氣

13、體計(jì)量、管道壓力控制等系統(tǒng)。 聚丙烯裝置的投料系統(tǒng) 我公司為神華包頭煤制烯烴示范工程的聚丙烯裝置的投料系統(tǒng)提供了一套完整的控制系統(tǒng)：西門子的PCS7（一整套基于全集成自動(dòng)化方案的DCS系統(tǒng)）。在全集成自動(dòng)化的環(huán)境下，采用統(tǒng)一的自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和管理。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動(dòng)化可以克服上位機(jī)和各工業(yè)控制器之間，連續(xù)控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。同時(shí)，全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，基于這種環(huán)境，技術(shù)人員可以在同一個(gè)平臺(tái)下對(duì)所有應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)和編程。 全集成自動(dòng)化意味著三重集成：統(tǒng)一的

14、組態(tài)和編程，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的通訊。它可實(shí)現(xiàn)從SIMATIC的驅(qū)動(dòng)設(shè)備到各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從儀表控制到電氣控制，從控制到管理的高度集成。 本套系統(tǒng)的CPU采用西門子CPU417-4-2H冗余控制器,CPU與I/O卡件通訊采用冗余的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線,I/O卡件采用西門子300系列卡板,數(shù)字量輸出采用冗余配置,模擬量輸入和數(shù)字量輸入采用一般配置(不采用冗余配置)?，F(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入信號(hào)和數(shù)字量輸入信號(hào)采用安全柵隔離分配,信號(hào)進(jìn)入安全柵隔離分配后,一路供本套PLC系統(tǒng)使用,一路供FDM(DCS供貨商)使用。 本套系統(tǒng)從信號(hào)采集輸入到命令輸出至閥門，事件響應(yīng)時(shí)間小于100ms。 本套系統(tǒng)采用

15、的上位機(jī)監(jiān)控軟件PCS7可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)監(jiān)控量事件記錄和歷史趨勢(shì)等在電腦硬盤上保存3個(gè)月左右。 中藥萃取控制系統(tǒng) 中藥生產(chǎn)的一個(gè)主要流程是中藥有效成分的提取，要既確保提取藥物成分的質(zhì)量，又要提高提取流程的效率和經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)不一樣的中藥材，挑選和確保合適的提取工藝條件，嚴(yán)格和自動(dòng)地按照正確的提取工藝程序執(zhí)行 中藥的提取，是中藥生產(chǎn)和工藝研究的一個(gè)至關(guān)主要的環(huán)節(jié)。在項(xiàng)目建設(shè)中，根據(jù)工藝的實(shí)際需求，本著先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性的原則，完成了天然藥物中試生產(chǎn)流程各單元的計(jì)算機(jī)流程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)天然藥物中試生產(chǎn)流程各主要工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)和控制，其中提取單元實(shí)現(xiàn)了多種提取方式的全流程計(jì)算

16、機(jī)控制，從而對(duì)天然藥物提取工藝和提取裝備的研究提供了可靠和有效的手段。根據(jù)項(xiàng)目標(biāo)工藝不確定性的特征 ，提取部分的自控設(shè)計(jì)要求是在有限和固定的裝備、管線的條件下，方便而靈活地實(shí)現(xiàn)不一樣提取模式的全流程自動(dòng)控制，即要求既能夠 “水提取”，也可以夠 “醇提取”;既能夠 “單罐提取” ，也可以夠 “雙罐提取”;既能夠是“循環(huán)提取”，也可以夠 “非循環(huán)提取”。提取罐加液補(bǔ)液、提取罐升溫和恒溫、藥物浸取、循環(huán)提取、提取液出料、直至提取結(jié)束或再次提取的全流程都是可靠、自動(dòng)地完成。 提取部分的自動(dòng)控制回路首要包含了提取罐溫度自動(dòng)控制;提取罐定量和加液自動(dòng)控制;提取罐出料自動(dòng)控制;提取罐、提取液儲(chǔ)液罐的溫度自動(dòng)

17、檢測(cè);提取液儲(chǔ)液罐的液位自動(dòng)檢測(cè)。一批藥材的提取次數(shù)、提取溫度和循環(huán)時(shí)間是由工藝確定的?？刹捎脽嵊蛯?duì)具有夾套的提取罐加熱，煎煮罐中的藥材，同時(shí)用循環(huán)泵循環(huán)藥液。 中藥提取自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用完全開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。集中管理、綜合調(diào)度、分散控制、技術(shù)先進(jìn)、開(kāi)放性強(qiáng)、易擴(kuò)展、可互操作、方便升級(jí)。控制系統(tǒng)采用當(dāng)今最先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，三級(jí)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由上位機(jī)工程師站、操作站、控制站、遠(yuǎn)程IO站、企業(yè)管理網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口以及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，打印設(shè)備、電源、輔助設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)儀表等組成，配置標(biāo)準(zhǔn)互操作性強(qiáng)。 控制軟件為基于中藥生產(chǎn)工藝要求及特點(diǎn)的先進(jìn)控制、優(yōu)化控制及安全聯(lián)鎖智能控制，實(shí)現(xiàn)了從提取罐、固液分離、真空濃縮的各工序全自動(dòng)控制。 控制系統(tǒng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，全中文友好人機(jī)界面，操作方便靈活，在線幫助，維護(hù)方便，完全滿足中藥提取生產(chǎn)工藝指標(biāo)要求。 工程師站負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。將控制程序加載到過(guò)程控制站，遠(yuǎn)程診斷現(xiàn)場(chǎng)控制器及模塊組建的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)更新系統(tǒng)配置，在線編程。 操作站負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)控、操作、顯示、報(bào)警、生產(chǎn)信息處理、打印、系統(tǒng)起停命令發(fā)送、回路調(diào)節(jié)、設(shè)定值給定、硬件診測(cè)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換等功能。 過(guò)程控制站負(fù)責(zé)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制、邏輯連鎖等。 IO站采集現(xiàn)場(chǎng)IO信號(hào)