化工医药行业自动化解决方案Word文档格式.docx

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我们与美国GE公司、德国西门子、法国施耐德等合作，先后实施完成了多个化工行业的一些关键应用项目。

2.1.1SIS仪表安全系统

安全仪表系统SIS（SafetyInstrumentedSystem）也称为安全联锁系统（SafetyInterlockSystem），紧急停车系统ESD（EmergencyShutdownSystem），安全关联系统（SafetyRelatedSystem），安全停车系统（SafetyShutdownSystem）等，是由国际电工委员会（IEC）标准IEC61508及IEC61511定义，由现场仪表和操作室逻辑控制单元组成的用于监视生产装置的运行状况，对出现异常的情况迅速进行处理，使装置停车时回到安全状态的控制系统。

SIS在生产装置的开车、停车阶段，运行以及维护操作期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护。

无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗因素引发的危险，SIS都应按预先确定的程序立即做出正确反应并给出相应的逻辑信号，使生产装置安全联锁或停车，阻止危险的发生及扩散，使危害减少到最小。

SIS是用仪表实现安全功能的系统，包括传感器、逻辑运算器和最终执行元件及相应软件等。

通过传感器对过程变量进行检测，这些变量信号根据安全联锁的要求在逻辑运算器中进行处理，一旦过程变量达到预定条件，则将输出正确的信号到最终执行元件，使被控制过程转入安全状态安全仪表系统SIS分成以下三类：

操作联锁，作用是执行各种间断和连续操作顺序。

比如由于排放原因导致聚合反应器被隔离后依次停催化剂进料泵和烷基铝进料泵；

又如当急冷液泵的安全联锁启动后，将相应进料控制阀关闭等。

这种等级较低的联锁将放在DCS内实现。

安全联锁，作用是保护大型设备避免受损或工艺物料排放至火炬系统。

比如当废催化剂中和罐的液位或温度超限报警时，应当关闭中和罐的催化剂和碱液进料阀，并停止废催化剂泵；

又如在充装可燃介质的钢瓶区域，开关阀仪表风管线的设计为可燃尼龙管，当发生火灾时，尼龙管被熔断，那么在它上面安装作为探测用的压力开关就会动作，返回的信号能够迅速完成如下操作：

关闭烷基铝钢瓶出口阀，停烷基铝泵并禁止其启动，关闭钢瓶的进气阀并打开排气阀，以及废催化剂中和系统停车。

这样就实现了整个烷基铝系统的隔离。

这些都属于高等级的联锁，应该在SIS内实现。

高整合安全联锁，作用是由ESD（紧急停车联锁）实现基于最终安全阀或安全阀排放工况所确定的所有逻辑功能。

为防止现场单体仪表故障引起的联锁误动作，需要将传感器进行三重化设置，也就是采用3取2的表决逻辑。

比如袋滤器内安装了3个独立的压力传感器，只有2个以上传感器达到高报警设定值时，才关闭聚合反应器粉料排放阀、粉料转移阀、清扫气隔离阀以及袋滤室的隔离阀，否则，不会发生联锁动作。

这部分联锁的安全等级是最高的，也是SIS考虑的重点。

三重化系统构架图

2.1.2FCS火炬控制系统

高架火炬系统主要用于石油化工等企业生产过程中的尾气、不平衡废气及紧急事态下的放空燃烧，如果不及时处理掉将给周围环境带来污染和隐患。

火炬作为石化厂的一个重要的安全装置，即使在各种节能改造（如尾气回收利用）工程实施后，均不能将其忽略，而用长明灯来实现自动点火，将浪费大量的能源。

放空燃烧是解决的一个好办法。

采用顶部高空直接点火，十分安全可靠。

因此火炬自动点火系统越来越受到广泛的重视。

火炬自动点火控制系统是一套保证生产设备安全运行的重要系统。

火炬自动点火控制系统由操作单元、逻辑控制单元、现场检测单元及点火燃烧单元构成一个闭环控制系统，不但能实现可靠点燃火炬和气柜柜位的控制及联锁，而且可优化燃烧控制，减小对环境污染。

主要由以下几部分组成：

（见附图）

HMI人机操作界面

逻辑控制单元

现场检测单元及执行机构

核心部分是逻辑控制系统，它安装在控制台内，他通过人机界面根据操作人员发出的命令和被控对象的检测信号，按照一定的逻辑关系去控制相应的对象（如启停高压发生器、开闭电磁阀、现场远程切换等）。

被控对象的动作结果又被作为新的检测信号反馈给逻辑控制系统，参与信号的逻辑综合，并通过人机界面告知操作人员控制命令的执行情况。

考虑到系统的安全需要，控制系统选用具有安全认证的GEGMR三重化冗余控制系统。

GMR（Genius 

Modular 

Redundancy）三重化冗余控制系统是基于GE 

Fanuc公司的90-70PLC以及先进的智能化输入/输出模块（Genius 

I/O）构成的具有国际先进水平的三重化表决控制系统。

GMR系统是一个非常具有灵活性的系统，它可以提供输入到CPU控制器以及输出的各种冗余组合；

这就是说：

用户可以根据自己的工艺要求将不同的参数按不同的配置进行处理。

根据对冗余的不同要求；

传感器信号被引入到隔离的Genius输入模块。

设置在独立机架中；

各自独立的CPU从每条Genius总线上接受这些输入信号并对信号进行表决，然后，根据表决结果执行相应的应用程序。

以GMR系统中三重化（TMR）的配置为例：

它包含三个独立的PLC以及运行在每个单独系统中的诊断程序。

通过三选二的表决，系统为用户提供了高可靠性和无误差操作。

该系统以其强大的功能和灵活的配置组合在各个工业领域，例如：

石油化工；

冶金；

电力；

轻工；

纺织；

铁路；

压缩机；

鼓风机组等需要安全保护及自动连锁保护的场合得到广泛地应用，特别是在紧急停车；

锅炉；

加热炉管理；

环保以及火焰气体监测的应用上具有独特的优点。

由于系统的硬件采用了物理上无藕合设计和分离式结构电路保护，因此用户一般不用担心出现硬件故障影响操作。

在TMR配置中，三个CPU中的每个CPU通过三重化的GeniusI/O总线将逻辑状态结果送至输出子系统；

Genius输出模块对三重化的输出数据进行表决，然后送至负载。

离散输出电路对电流，电压传感器的信号进行综合分析，从而，实现对输出和负载状态的诊断。

GMR识别系统鼓掌并对其自动补偿，同时，允许在不中断系统运行的情况下对其实施维修和部件更换。

故障是一个软件报警器功能来处理的，它可以 

提供时间记录和I/O故障报告，系统故障的两个诊断表可以有编程器显示，也可以送到计算机或其它协处理器进行显示。

每一个PLC中的诊断程序都在持续地运行以检测明显的隐蔽的故障，从而，降低系统的平均修复时间（MTTR），同时，为维修和操作人员自动生成故障报告。

内存错误的诊断是有奇偶校验来完成的，同时也对数据、地址线进行测试。

GeniusI/O以其先进的技术和分布式设计使得它的I/O可以监测在系统中的其它智能设备的状态，从而无需长距离引线就能提供自动诊断。

GeniusI/O既可以提供本地安装方式也可以提供远程安装方式，从而，可以节省50%的安装成本。

典型火炬自动点火程序控制逻辑

2.1.3气体计量与控制系统

对于一些大型气体供应商（如法液空、林德气体等）来说，构建本系统装置的主要目的就是为企业建立一个独立的气体计量站系统，从而对供应客户的大众气体如氮气、氧气、氩气、氢气等气体进行统一的、精确的计量，数据经过归纳统计作为气体结算的依据。

本系统由计算机和相应网络及PLC组成，即PLC进行实时数据采集及处理，并将有效数据通过高速以太网传递给上位计算机，由计算机对各种用于结算流量的数据进行归纳统计生成报表并保存，整理，备份以供用户调用。

上海蓝鸟集团先后为法液空提供了多套控制系统，提供气体计量、管道压力控制等系统。

2.1.4聚丙烯装置的投料系统

我公司为神华包头煤制烯烃示范工程的聚丙烯装置的投料系统提供了一套完整的控制系统：

西门子的PCS7（一整套基于全集成自动化方案的DCS系统）。

在全集成自动化的环境下，采用统一的自动化平台实现对整个系统的自动化控制和管理。

应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和各工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间的界限。

同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，基于这种环境，技术人员可以在同一个平台下对所有应用进行组态和编程。

全集成自动化意味着三重集成：

统一的组态和编程，统一的数据管理和统一的通讯。

它可实现从SIMATIC的驱动设备到各种现场设备，从仪表控制到电气控制，从控制到管理的高度集成。

本套系统的CPU采用西门子CPU417-4-2H冗余控制器,CPU与I/O卡件通讯采用冗余的PROFIBUS-DP现场总线,I/O卡件采用西门子300系列卡板,数字量输出采用冗余配置,模拟量输入和数字量输入采用一般配置（不采用冗余配置）。

现场模拟量输入信号和数字量输入信号采用安全栅隔离分配,信号进入安全栅隔离分配后,一路供本套PLC系统使用,一路供FDM（DCS供货商）使用。

本套系统从信号采集输入到命令输出至阀门，事件响应时间小于100ms。

本套系统采用的上位机监控软件PCS7可以实现对本系统监控量事件记录和历史趋势等在电脑硬盘上保存3个月左右。

2.1.5中药萃取控制系统

中药生产的一个主要流程是中药有效成分的提取，要既确保提取药物成分的质量，又要提高提取流程的效率和经济性，针对不一样的中药材，挑选和确保合适的提取工艺条件，严格和自动地按照正确的提取工艺程序执行中药的提取，是中药生产和工艺研究的一个至关主要的环节。

在项目建设中，根据工艺的实际需求，本着先进性、可靠性、实用性的原则，完成了天然药物中试生产流程各单元的计算机流程控制系统的设计与开发，实现天然药物中试生产流程各主要工艺参数的计算机自动检测和控制，其中提取单元实现了多种提取方式的全流程计算机控制，从而对天然药物提取工艺和提取装备的研究提供了可靠和有效的手段。

根据项目标工艺不确定性的特征，提取部分的自控设计要求是在有限和固定的装备、管线的条件下，方便而灵活地实现不一样提取模式的全流程自动控制，即要求既能够“水提取”，也可以够“醇提取”;

既能够“单罐提取”，也可以够“双罐提取”;

既能够是“循环提取”，也可以够“非循环提取”。

提取罐加液补液、提取罐升温和恒温、药物浸取、循环提取、提取液出料、直至提取结束或再次提取的全流程都是可靠、自动地完成。

提取部分的自动控制回路首要包含了提取罐温度自动控制;

提取罐定量和加液自动控制;

提取罐出料自动控制;

提取罐、提取液储液罐的温度自动检测;

提取液储液罐的液位自动检测。

一批药材的提取次数、提取温度和循环时间是由工艺确定的。

可采用热油对具有夹套的提取罐加热，煎煮罐中的药材，同时用循环泵循环药液。

中药提取自动化控制系统采用完全开放的标准结构。

集中管理、综合调度、分散控制、技术先进、开放性强、易扩展、可互操作、方便升级。

控制系统采用当今最先进的工业以太网和现场总线技术，三级分布式网络结构．由上位机工程师站、操作站、控制站、远程I／O站、企业管理网标准接口以及通讯网络系统，打印设备、电源、辅助设备及现场仪表等组成，配置标准互操作性强。

控制软件为基于中药生产工艺要求及特点的先进控制、优化控制及安全联锁智能控制，实现了从提取罐、固液分离、真空浓缩的各工序全自动控制。

控制系统先进、稳定、可靠，全中文友好人机界面，操作方便灵活，在线帮助，维护方便，完全满足中药提取生产工