Hệ thống điều khiển tự động DCS trong nhà máy sản xuất khí công nghiệp

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - - TNG KIM THANH NGHIÊN CứU ảNH HƯởng số thông số chế độ làm việc dao đĩa đến chất lợng cắt gốc mía máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo bánh cỡ 18-25hp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành : Kỹ thuật máy Thiết bị giới hoá Nông - Lâm nghiệp Mã số : 60-52-14 Ngi hng dn khoa hc: TS Nguyễn Sỹ Hiệt H NI - 2010 LI CAM OAN Tụi xin cam oan nhng ni dung lun cao hc ny l sn phm chớnh tụi vit ra, di s hng dn ca thy giỏo PGS.TS Vừ Minh Chớnh hon thnh lun ny, tụi ch s dng nhng ti liu ó c ghi bng nhng ti liu tham kho m khụng s dng bt c mt ti liu no khỏc Nu phỏt hin cú s chộp, tụi xin hon ton chu trỏch nhim Hc viờn Tng Kim Thanh LI NểI U Hin cỏc h thng iu khin phõn tỏn núi chung v h thng iu khin CENTUM CS 3000 ca hóng Yokogawa núi riờng ó tr nờn ph bin cỏc nh mỏy hin i trờn th gii, nhng nc ta, ng dng ca chỳng cũn rt hn ch Cú th núi rng vic xõy dng cỏc nh mỏy s dng cỏc h thng iu khin hin i s l im nhn cụng cuc cụng nghip hoỏ, hin i hoỏ t nc nc ta ó cú mt s nh mỏy s dng cỏc h thng iu khin ca hóng Yokogawa nh nh mỏy sn xut Super-pht phỏt v hoỏ cht Lõm Thao, nh mỏy nhit in Ph Li, nh mỏy xeo - cụng ty giy Bói Bng Nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng l mt nh mỏy hin i, cú nhng yờu cu cao v h thng o lng iu khin, nờn vic s dng mt h thng iu khin thớch hp cú vai trũ rt quan trng Lun thc hin vic nghiờn cu h thng DCS ng dng nh mỏy khớ Messer Hi Dng vi nhng ni dung chớnh nh sau: Chng 1: Tng quan h thng iu khin phõn tỏn Chng ny s trỡnh by nhng c bn v h thng iu khin giỏm sỏt nh cu trỳc, thnh phn, cng nh cỏc thnh phn, cỏc gii phỏp, cỏc k thut ca h thng iu khin phõn tỏn Chng 2: Dõy chuyn cụng ngh ca nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng Chng ny s cp n cỏc quy trỡnh cụng ngh ca nh mỏy, bao gm: quy trỡnh tỏch khớ, quy trỡnh húa lng, v quy trỡnh cung cp sn phm Chng 3: H thng DCS CENTUM CS3000 ca hóng Yokogawa Chng ny nờu cỏc c im ni bt ca h thng CS3000 c v phn cng v phn mm Chng 4: Nghiờn cu ng dng h thng DCS CENTUM CS3000 vo nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng, la chn cu trỳc phn cng, ng thi nờu trỡnh t lp trỡnh phn mm Trong quỏ trỡnh thc hin lun vn, em ó nhn c s hng dn nhit tỡnh, tn tõm ca thy giỏo hng dn PGS.TS Vừ Minh Chớnh Em xin c gi li cm n n thy giỏo ó giỳp em hon thnh lun ny Tụi cng xin gi li cm n n cỏc nhõn viờn ca nh mỏy Messer Hi Dng, cỏc nhõn viờn k thut cụng ty Yokogawa v cỏc ng nghip ca tụi, ó nhit tỡnh giỳp tụi quỏ trỡnh thc hin lun Mc dự ó rt c gng, nhng hiu bit ca bn thõn cũn hn ch nờn lun khụng trỏnh nhng thiu sút Em rt mong nhn c s gúp ý, b sung ca thy cụ v bn bố lun c hon thin hn Tụi xin chõn thnh cm n! H Ni, ngy 25 thỏng 10 nm 2010 Hc viờn Tng Kim Thanh MC LC Trang ph bỡa Trang Li cam oan Danh mc cỏc ký hiu, ch vit tt Danh mc cỏc bng Danh mc cỏc hỡnh v, th Li núi u Chng 1: Tng quan h thng iu khin phõn tỏn 1.1 Tng quan v h thng iu khin, giỏm sỏt 1.1.1 t .1 1.1.2 Cu trỳc v cỏc thnh phn c bn ca h thng iu khin, giỏm sỏt.3 1.1.3 Mụ hỡnh phõn cp chc nng ca h thng iu khin, giỏm sỏt .4 1.1.4 Cỏc cu trỳc iu khin 1.2 H thng iu khin phõn tỏn DCS 10 2.1.1 Khỏi nim v h thng iu khin phõn tỏn 10 2.1.2 Cỏc thnh phn c bn ca h thng iu khin phõn tỏn 11 a) Trm iu khin cc b 12 b) Trm hnh 13 c) Trm k thut 14 d) H thng bus truyn thụng .15 2.1.3 Cỏc gii phỏp cho h thng iu khin phõn tỏn .17 a) Cỏc h DCS truyn thng 17 b) Cỏc h DCS trờn nn PLC .18 c) Cỏc h DCS trờn nn PC 20 2.1.4 Cỏc k thut .21 ML.1 Chng Dõy chuyn cụng ngh ca nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng .23 2.1 Tng quan v Tp on Messer 23 2.2 Nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng 24 2.3 Mụ t quy trỡnh tỏch khớ 26 2.3.1 Lc khớ, nộn khớ 26 2.3.2 Lm lnh s b v tinh khit húa 26 2.3.3 Chng ct khớ 27 2.4 Mụ t quy trỡnh húa lng .27 2.4.1 Ngun khớ np vo 30 2.4.2 Húa lng Nit 30 2.4.3 Húa lng Oxy 31 2.5 Cung cp cỏc sn phm cho khỏch hng 32 2.5.1 Cung cp sn phm khớ cho nh mỏy thộp Hũa Phỏt 32 2.5.2 Cung cp sn phm lng cho cỏc khỏch hng 33 Chng 3: H thng DCS CENTUM CS3000 ca hóng Yokogawa 34 3.1 Tng quan v h thng DCS CENTUM CS3000 .34 3.1.1 Gii thiu chung 34 3.1.2 Lch s phỏt trin ca cỏc h thng CENTUM 35 3.1.3 Cỏc c trng ca h thng CENTUM CS 3000 37 3.2 Cu trỳc phn cng ca h thng CENTUM CS3000 .39 3.2.1 c im k thut ca h thng 39 3.2.2 Trm hnh (Operation Station) .31 3.2.3 Trm iu khin hin trng (Field Control Station) 44 3.2.4 H thng bus, mng truyn thụng 48 3.3 Cụng c phn mm ca h thng CENTUM CS3000 54 3.3.1 Cụng ngh phn mm h thng CENTUM CS3000 54 ML.2 a) Giao din OPC .55 b) Cỏc iu khin ACTIVEX 56 c) Hin th cỏc ca s mt trỡnh duyt WEB 57 3.3.2 Cu hỡnh phn mm h thng 58 a) System View 58 b) Project 59 c) Chc nng kim tra o (Virtual Test) 60 3.3.3 Cỏc chc nng iu khin c bn 61 a) Khi iu khin PID 61 b) B iu khin PI ly mu (PI HLD) 64 c) B iu khin PID Batch Switch (PID-BSW) .65 d) B iu khin PID vi chc nng thit lp li bng tay (PID-MR) 66 e) B iu khin PID t chnh PID-STC 67 Chng 4: H thng DCS ca nh mỏy khớ cụng nghip Messer Hi Dng 72 4.1 Tng quan v h thng iu khin ca nh mỏy 72 4.1.1 H thng mỏy nộn khớ 72 4.1.2 H thng tin lm lnh khớ 72 4.1.3 H thng lc khớ 73 4.1.4 B phn tuabin gión n .74 4.1.5 H thng iu khin thỏp chng ct 75 4.1.6 Mch iu chnh t ng 75 4.2 Yờu cu ca h iu khin 77 4.3 Cỏc thit b o lng v c cu chp hnh .78 4.3.1 Cỏc thit b o lng 78 4.3.2 Cỏc c cu chp hnh 79 4.3.3 Cỏc h thng ph .79 4.4 Xõy dng cu trỳc ca h thng DCS .80 4.4.1 Cp iu khin 80 ML.3 4.4.2 Cp iu khin giỏm sỏt 84 a) Trm hnh .84 b) Trm k thut 85 4.4.3 Truyn thụng .85 4.5 Thit lp chng trỡnh cho h thng DCS .85 4.5.1 Cỏc gúi phn mm .85 4.5.2 Trỡnh t xõy dng chng trỡnh cho h thng DCS 87 4.5.3 Chc nng Kim tra o 97 Kt lun Ti liu tham kho Ph lc A: Cỏc thụng s k thut ca nh mỏy khớ Messer Hi Dng Ph lc B: S P&ID ca nh mỏy ML.4 DANH MC CC Kí HIU, CH VIT TT DCS ETS BCV FCS OWS EWS HIS Distribution Control System Enterprise Technology Solutions Bus Converter Field Control Station Operation Workstation Engineering Workstation Human Interface Station H thng iu khin phõn tỏn Gii phỏp cụng ngh kinh doanh B chuyn i Bus Trm iu khin hin trng Trm hnh Trm k thut Trm hnh vi giao din ngi mỏy DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1.1 Cỏc thnh phn c bn ca h thng iu khin giỏm sỏt Hỡnh 1.1.2 Mụ hỡnh phõn cp chc nng ca mt nh mỏy cụng nghip .5 Hỡnh 1.1.3 iu khin trung vi cu trỳc vo/ra trung .7 Hỡnh 1.1.4 iu khin trung vi cu trỳc vo/ra phõn tỏn Hỡnh 1.1.5 iu khin phõn tỏn vi cu trỳc vo/ra trung Hỡnh 1.1.6 iu khin phõn tỏn vi cu trỳc vo/ra phõn tỏn .9 Hỡnh 1.2.1 S cu trỳc chung ca h thng iu khin phõn tỏn .12 Hỡnh 1.2.2 H thng CENTUM CS3000 ca Yokogawa .18 Hỡnh 1.2.3 H thng DeltaV 18 Hỡnh 1.2.4 H thng PCS7 ca Siemens .19 Hỡnh 2.2.1 S cụng ngh ca nh mỏy 24 Hỡnh 2.2.2 S quy trỡnh sn xut ca nh mỏy 25 Hỡnh 3.1.1 Mụ hỡnh h thng CENTUM CS3000 .34 Hỡnh 3.1.2 Lch s phỏt trin ca cỏc h thng CENTUM 36 Hỡnh 3.2.1 Vớ d v cu hỡnh ca mt h thng CENTUM CS3000 39 Hỡnh 3.2.2 Cỏc thit b c bn ca h thng CENTUM CS3000 40 Hỡnh 3.2.3 Cỏc dng ca trm HIS 41 Hỡnh 3.2.4 Enclosed Display Style Console type HIS 42 Hỡnh 3.2.5 Open Display Style Console type HIS 42 Hỡnh 3.2.6 Ca s giao din hnh 44 Hỡnh 3.2.7 Cu hỡnh FCS 45 Hỡnh 3.2.8 Kt ni gia cỏc node KFCS bng ESB bus v ER bus 48 Hỡnh 3.2.9 Mng RIO bus .49 Hỡnh 3.2.10 Kh nng m rng Vnet 50 Hỡnh 3.2.11 Fieldbus h thng CENTUM CS3000 .51 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng - To HIS mi: la chn HIS loi PC vi chc nng hnh v giỏm sỏt Xõy dng trm HIS, ú l HIS0162, HIS0163, HIS0164 - To mt node mi: 88 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng - To module mi: - To slot 1: 89 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng Thc hin cỏc thao tỏc nh trờn, ta xõy dng c cu trỳc trm FCS0101 vi node nh sau: Trong ú node cú slot nh trờn Cỏc node n thc hin tng t - Phõn cụng I/O trờn slot 1, node 1: - To cỏc I/O o: l cỏc I/O khụng cú thc Cỏc I/O o c s dng quỏ trỡnh lp trỡnh h thng 90 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng Bc 4: Xõy dng cỏc chc nng (FUNCTION BLOCK): + t tờn cho cỏc chc nng: d dng qun lý, phn comment ca cỏc chc nng ta ghi li ni dung chc nng ca nú Tựy theo s phõn chia cỏc cụng on ca nh mỏy ta cú cỏc chc nng nh sau: 91 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng + Xõy dng cỏc s iu khin: c th hin cỏc control drawing builder Vớ d: Function Block DR0004 bao gm cỏc PVI ca cụng on lc khớ v tin lm mỏt cú cỏc s iu khin nh sau: 92 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng Bc 5: To cỏc trang (Graphic) - HIS WINDOW Create New Window Graph 93 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng - Phn mm CS3000 cú cha th vin cỏc hỡnh v tiờu biu, ú l Link part s dng th vin ny: nhỏy chut vo Insert Link part Da theo s P&ID ca tng cụng on, ta to cỏc trang tng ng Ton b hot ng ca nh mỏy c th hin cỏc trang mn hỡnh hin th nh sau: 94 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng - Cỏc quỏ trỡnh chớnh (Main Process): Air Filter (thit b lc khớ) DCAC/N2 Chiller (Thit b lm lnh) Adsorber (Sng phõn t) Air Turbo Expander (Turbo gión nộn khớ) Main Exchanger (Thit b trao i nhit chớnh) Main column (thỏp chng ct chớnh) Argon column (Thỏp chng argon) Liquefier (Thit b húa lng) O2 storage (Bn cha O2) 10 N2 storage (Bn cha N2) 11 Argon storage (Bn cha Ar) 12 Water cooling tower (Thỏp lm lnh) - Cỏc mỏy nộn: Air comp TC1001 (Mỏy nộn khớ) Feed N2 comp NC4101 (Mỏy nộn nit u vo) Recycle N2 comp NC4102 (Mỏy nộn nit tun hon) Product N2 comp NC4103 (Mỏy nộn nit sn phm) LP O2 comp OP0301 (Mỏy nộn oxy thp ỏp) LP O2 comp OP0302 (Mỏy nộn oxy thp ỏp) HP O2 comp OP0311 (Mỏy nộn oxy cao ỏp) HP O2 comp OP0312 (Mỏy nộn oxy cao ỏp) HP O2 comp OP0313 (Mỏy nộn oxy cao ỏp) 10 N2 expander ET4401A/B (Turbin gión N2) 11 N2 expander oil page (Du ca turbin gión N2) 12 Electric 6kV (H thng in 6kV) Ngoi h thng cũn hin th cỏc trang thụng s quỏ trỡnh ca cỏc thit b o (Process value) v biu xu hng (Trend) 95 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng Vớ d: Trang th hin quỏ trỡnh lm mỏt khớ, nc (DCAC/N2 Chiller) nh sau: 4.5.3 Chc nng kim tra o Phn mm CS3000 cho phộp ngi lp trỡnh cú th kim tra h thng nh chc nng kim tra o Vi chc nng ny, FCS o s hot ng ging nh mt FCS tht, ngha l ngi s dng cú th thc hin cỏc thao tỏc hnh, giỏm sỏt (cỏc chc nng ca trm HIS) hon ton ging nh thc hin trờn FCS tht Thao tỏc thc hin chc nng ny nh sau: 96 Chng 4: H thng iu khin CS3000 ti nh mỏy khớ Messer Hi Dng 97 KT LUN Sau mt thi gian nghiờn cu tụi ó hon thnh lun tt nghip cao hc vi ti: H thng iu khin t ng DCS nh mỏy sn xut khớ cụng nghip C th, tụi ó thu c cỏc kt qu sau: - Nghiờn cu, tỡm hiu h thng iu khin CENTUM CS 3000 ca hóng Yokogawa v c phn cng v cụng c phn mm - Tỡm hiu dõy chuyn sn xut ca nh mỏy sn xut khớ cụng nghip Messer Hi Dng - Trờn c s tỡm hiu thc t ti nh mỏy, tụi ó xõy dng cu trỳc ca h thng DCS cho nh mỏy v thit lp chng trỡnh cho h thng ny Do thi gian nghiờn cu v hiu bit ca tỏc gi cũn hn ch, lun mi ch dng li cỏc bc thit lp chng trỡnh m cha i sõu vo vic lp trỡnh vi cụng c phn mm CS3000, kim tra chng trỡnh vi chc nng kim tra o Tụi rt mong nhn c úng gúp ca thy cụ v bn bố lun hon thin hn TI LIU THAM KHO [1] Hong Minh Sn, Mng truyn thụng cụng nghip, NXB KHKT, 2001 [2] Tp T ng hoỏ ngy nay, s 12/2001; 1,2,3,12/2002; 1,2,3,4/2003 [3] Sichuan Air Separation Plant (group) Co., Ltd, Instrument Control System Operation Manual, June 2008 [4] Yokogawa Electric Corpotion, Centum CS 3000 Electric manual [5] Konishi Nobuaki, System architecture of Centum CS 3000 [6] Yokogawa Australia, Engineering training course manual [7] Yokogawa Electric Corpotion, CS 3000-Technical Information, 2001 [8] Yokogawa Electric Corpotion, Yokogawa technical report, No23, 1997 [9] Messer Operation Training, Process description, 2008 [10] www.yokogawa.com/dcs PH LC A: CC THễNG S K THUT CA NH MY KH MESSER HI DNG Cỏc thụng s hot ng Sn phm Cụng sut (Nm3/h tinh khit p sut thỏp lnh (cold box) (MpaA Khớ ễxy 8500 99,6% 0,117 ễxy lng 100 99,6% 0,213 Khớ Ni t 12000 O2 PPm 0,108 Acgụng lng 280 O2 2PPm N2 3PPm 0,35 Danh sỏch cỏc thit b chớnh Mó Thit B Tờn ting Anh Tờn ting Vit AIR SEPARATION PLANT DY CHUYN TCH KH WT1100 Water Cooling Tower Thỏp lm mỏt nc WP1100 Water circulation pumps Bm nc tun hon A/B/C/D AF1001 Air Filter Thit b lc khớ TC1001 Air Compressor Mỏy nộn khớ AT1101 Air Cooling Tower Thỏp lm mỏt khớ WT1101 Water Cooling Tower Thỏp lm mỏt nc RU1101 Water Chiller Thit b lm lnh nc WP1101A/B Cooling water pump Mỏy bm nc WP1101A/B Cooling water pump Mỏy bm nc MS1201 A/B Molecular Sieve Absorber B hp th sng phõn t ET401 A/B Turboexpander Turbin gin BT401 A/B Booster Turbin nộn WA401 A/B Booster after cooler Thit b lm mỏt khớ sau nộn AF401 A/B Booster Inlet filter Phin lc u vo mỏy nộn tng cng AF402 A/B Expander Inlet Filter Phin lc u vo mỏy dón E1-A/E1-B Main Heat Exchanger Thit b trao i nhit chớnh PL.1 K1 E2 Condenser-Evaporator Thit b Ngng t Bay hi Liquid Air & Nitrogen Sub- Thit b lm lnh lng khớ v lng cooler nit C1 Lower Column Phn trờn ca thỏp chng ct C2 Upper Column Phn di ca thỏp chng ct C701-1 Crude Argon Column I Thỏp chng Argon thụ s cp (I) C701-2 Crude Argon Column II Thỏp chng Argon thụ th cp (II) ArP701-A/B Process Argon Pump Bm Argon lng cụng ngh K701 Crude Argon Condenser Thit b ngng t Argon thụ K702 Pure Argon Evaporator Thit b bay hi Argon tinh K703 Pure Argon Condenser Thit b ngng t Argon tinh Control Valve system H thng van iu khin Instrument Control system H thng thit b o Analyzers Cỏc mỏy phõn tớch Electric Control system H thng iu khin in LIQUIFIER PLANT DY CHUYN HểA LNG NC4101 Feed N2 Comressor Mỏy nộn nit np NC4102 Recycling N2 Compressor Mỏy nộn nit hi E4001 Upper section of N2 Liquifier Phn trờn ca b Trao i nhit c thit b húa lng Nit Heat Exchanger E4002 Lower section of N2 Liquifier Phn di ca b Trao i nhit Heat Exchanger ca thit b húa lng Nit E4003 LN2 Sub-cooler Thit b lm lnh Nit lng E4004 O2 Liquifier Thit b húa lng ễxy PV4001 Gas-Liquid Separated Buffer Bn tỏch khớ ụxy & lng ễxy of Oxygen ET4001A Warm Turbo expander Tua bin gión u m ET4001B Cold Turboexpander Tua bin gión u lnh WC4101 Warm Booster After Cooler Thit b lm mỏt sau nộn u m OP4001 Liquid Argon Pump Bm Argon lng WC4102 Cold Booster After Cooler Thit b lm mỏt sau nộn u lnh CE244.10000 Instrument Control system H thng iu khin thit b o CE244.20000 Electric Control system H thng iu khin in LIQUID STORAGE SYSTEM H THNG TR LNG SV1701 LOX tank 1000m3 Bn cha ụxy lng - 1000m3 SV1702 LOX tank 10m3 Bn cha ụxy lng - 10m3 PL.2 SV1801 LIN tank 1000m3 SV1802 LIN tank 10m3 SV2201A/B LAr tanks 50m3 & 10m3 LV1701A/B/CLOX vaporizer LV1801A/B/CLIN vaporizer LV2201A/B LAr vaporizer OP1701 LOX pump NP1801 LIN pump ArP2201 LAr pump GOX buffer tank GN buffer tank Instrument Control System Electrical control system PL.3 Bn cha nit lng - 1000m3 Bn cha nit lng - 10m3 Cỏc bn cha Argon lng 50m3 & 10m3 Dn húa hi ễxy lng Dn húa hi Nit lng Dn húa hi Argon lng Bm ụxy lng Bm nit lng Bm argon lng Bn cha khớ ễxy m Bn cha khớ Nit m H thng iu khin thit b o H thng iu khin in ... Chương 4: Hệ thống DCS nhà máy khí công nghiệp Messer Hải Dương 72 4.1 Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy 72 4.1.1 Hệ thống máy nén khí 72 4.1.2 Hệ thống tiền làm lạnh khí ... nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy xeo - công ty giấy Bãi Bằng… Nhà máy khí công nghiệp Messer Hải Dương nhà máy đại, có yêu cầu cao hệ thống đo lường điều khiển, nên việc sử dụng hệ thống điều. .. mạng máy tính nội cho phép tăng suất lao động nhà thiết kế, nhà công nghệ nhà tổ chức sản xuất nâng cao suất chất lượng sản phẩm Các hệ thống sản xuất gọi hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy