自动化控制解决方案石化行业案例

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自动化控制解决方案石化行业案例

  摘要：Allen-BradleyPowerFlex7000中压交流变频器应用于扬子石化，实现其供水系统的稳定、安全、节能。
- A5 i/ i7 g+ h6 b# s    自20世纪80年代中期进入中国以来，自动化控制、动力和信息解决方案的供应商罗克韦尔自动化一直致力于帮助各行业客户实现车间现场与企业信息系统的集成。
    罗克韦尔自动化PLC-5热备系统使中国石化广州分公司实现高效、节约的系统改造;Allen-BradleyPowerFlex7000中压交流变频器应用于扬子石化，实现其供水系统的稳定、安全、节能;同样地，PowerFlex7000系列的B型结构中压变频器对太仓水厂水泵电机控制系统的改造支撑其实现强大供水能力，并保证其更好地服务于千家万户。
    大量应用实例证明，拥有世界级的产品、全球供应及本地实力、集成系统结构、增值服务及专门技术的罗克韦尔自动化正在与中国企业保持越来越亲密的接触，通过帮助其改造和完善自动化设备来助推中国各行业企业提升自身价值。
: t4 p6 C$ e8 T6 T9 T4 [, L    改造广州石化
2 i: h/ |# b& J9 w' v( d    目前，我国已经成为世界上最大的汽油及石化产品消费国之一，同时，随着WTO以后市场开放程度的加大，石化工业必须保持持续、高速发展，以满足国民经济的发展需要，并应对市场竞争的加剧。作为我国南方石化产业领军企业的中国石化广州分公司为了保持竞争力，希望通过降低生产成本、提高效率，将产品保持在较低的价格水平。
    广州生产超过60种的石化产品和近160个不同等级的固态塑料原料，原油加工能力为每年770万吨，深加工能力为每年650万吨，乙烯产量为每年15万吨。如此高的产能对其资产使用效率的提高和备件费用的降低也提出了更高的要求，因此对已经使用了13年的PLC-3热备系统进行升级改造迫在眉睫。
    虽然PLC-3可编程控制器是极其可靠的控制平台，但是已经停产，它的相关备件很难在市场上买到，其维护成本也较高。向后兼容也是成为一个严重的问题，原有控制系统监控平台使用IBM386兼容机，并运行于DOS操作系统下，显然已经太落伍了。用户希望采用最先进的人机界面系统代替原有的监控平台，同时还要保证新系统能无缝地与现有系统融合在一起，便于操作和维护。
    整个项目改造的关键问题在于Allen-Bradley系列PLC的向后兼容问题。罗克韦尔自动化从帮助用户节省投资的角度出发，建议只更换PLC处理器，保留现有的I/O模块。相对于更换整个控制系统，该升级方案仅需要前者1/3的投资。改造方案包括用全新的PLC-5/40热备系统代替已经过时的PLC-3热备系统。
- l" ]1 T: F9 X/ l: j9 R    系统升级过程包括两个步骤:首先，将安装有Allen-Bradley1784-KT通讯卡的监控计算机连入现有的DH+网络，并运行第三方人机界面软件。然后，通过使用RSLogix5编程软件将PLC-3的程序转化为PLC-5的梯形图逻辑程序，RSLogix5编程软件运行于Windows2000/XP操作系统下，操作界面友好，使用方便，并且很多功能得到了增强。PLC-5可编程控制器担当起了控制整个生产车间的重任，接收来自现场设备的信号，包括各种仪表、电机、液位传感器、阀门等。第三方人机界面软件用于对各种输入信号状态进行监视，并按照事先编制好的程序做出反应。
) Y0 X7 |  s# }    新旧两种PLC处于并行运行状态，确保新系统能够接收到与旧系统相同的输入信号。通过连接到两台PLC的人机界面系统来监视它们在相同输入信号下的响应是否一致。在正式用PLC-5代替PLC-3之前，花费了一个月的时间对所有逻辑功能进行了全面的测试。由于进行了充分的前期准备，最后只花费了不到半个小时就完成了新旧系统的切换工作。
7 d# |" b" G, C& t/ J& Q( @    整个改造项目没有超出预算，在一个多月的改造过程中几乎没有对正常生产造成影响。新的PLC-5只有PLC-3体积的1/3，却为用户节省了近75000美元的费用。PLC-5系统更加稳定、可靠，它直接连入原有的DH+网络，无需进行任何改造。仅此一项，就为用户节省了近10%的备件费用。
解困扬子石化
    同是中国石化下属的另一家子公司南京市扬子石化有限公司近几年来在产量不断提高的情况下，也面临着减少能耗、降低成本、保持市场竞争力的问题。对于石化企业来说，除了原油以外，水就是最为重要的生产原料。扬子石化近600万吨的巨大年产量使其供水系统相当于一个中型城市的供水系统那么复杂。每天，扬子石化的水厂将生产40万吨工业用水，并需要对6万吨废水进行处理。
    在扬子石化的现有系统中，水泵由固定速度的电机驱动。根据水库水位及负载变化要求，需要定期对阀门进行手动调整，但常规的监控方法很难让水泵处于最优运行状态，泵站抽取的水量常常大于实际需要量，由此造成了电能浪费。另外，水泵电机的起动方式为传统的全电压直接起动，起动电流高达满载运行电流的8倍，由此造成的大幅度电网电压波动会影响厂区内其它电子设备的正常运行，同时产生的水击作用还会给管路和相关设备(包括传感器)造成损害。
; m; J8 h' M# R1 k$ Y7 M. k3 q( X) S    罗克韦尔自动化首先对扬子石化的现有系统进行了评估，并向用户提供了详尽的数据，对比采用不同产品的解决方案及其优势。“显然，考虑到节省的电能、劳动力以及维护成本——包括对电机、机械设备的保护，Allen-BradleyPowerFlex7000中压交流变频器将是用户的最佳选择，”罗克韦尔自动化项目工程师王杨说。
    PowerFlex7000中压变频器工作效率高，简单易用。它能够精确起动、控制水泵电机，使其转速正好适合所需水流量的要求，最大限度地降低能耗。它所需器件较少，从而使其可靠性得到增强。PowerFlex7000变频器采用了PowerCage设计方式，将变频器的主要电力器件集成在模块化的单元内，使得维护更加便捷。同时，PowerFlex7000变频器符合IEEE519-1992规范要求，不会对电机或电源产生谐波影响。经过近一年的多方论证，扬子石化最终决定采用由罗克韦尔自动化GMS(全球制造业解决方案)专家提供的PowerFlex7000变频器泵站系统方案。
# q: U8 a; J* w, b! ]    在PowerFlex7000中压变频器安装到位后，泵站的工作人员只需要设定蓄水池的水压即可。通过传感器可以检测到蓄水池的实际水压，PowerFlex7000变频器会根据实际水压和要求水压之间的差值，对电机转速进行PID闭环控制。这样，既节省了劳动力成本，又可以精确地控制水泵电机的运行。同时，PowerFlex7000变频器能够对电机的起、停进行平稳地控制，消除了水击作用的影响，节省了由此带来的维护费用。
    更重要的是，PowerFlex7000中压变频器投入使用仅八个月，就节省耗电量884,600千瓦时。扬子石化的工作人员估计仅此一项每年就将为其节省74,000美元的开销，使他们能够在两年内收回设备投资成本。扬子石化已考虑将其推广到水厂的其它应用项目中。
/ H6 h% X3 |% d) [* w2 g8 Q    支撑太仓水厂
+ }3 D) R2 M1 e. I# m7 n7 z    与扬子石化原供水系统存在的问题相似，江苏省新兴工业城市太仓市新建的水厂也存在使用固定转速的水泵电机浪费电能、消耗人力的问题。作为为当地居民和商业用户提供清洁自来水的太仓水厂必须保证供水能力达到每天20万立方米，同时考虑到需要恒压供水、减少设备维护费用、节省电能及劳动力等多方面的要求，罗克韦尔自动化建议太仓水厂采用PowerFlex7000系列B型结构的中压变频器对水泵电机进行控制。
    由于太仓水厂的工作人员不太熟悉中压变频技术，罗克韦尔自动化将自己作为该项目的系统集成商，在深入了解泵站的具体需要之后，提出了一整套解决方案，并且最大程度保留了现有设备。同时，罗克韦尔自动化还邀请太仓水厂的工作人员参观了类似的应用项目。最后，通过对中压变频技术的了解，太仓水厂确信中压变频器能够提高泵站的工作效率，而且可以通过节省的费用很快收回投资。
: A$ F( n- U$ i7 C4 Z9 U: S% T/ I    通过采用PowerFlex7000中压变频器，水泵电机的转速得到了有效的控制，从而能够根据水压的变化，调节水流量，使将原来人工操作的阀门调节方式转变为根据用户需求和管道水压自动调节供水量的方式。同时，罗克韦尔自动化还为中压变频器系统提供了相关的设备，包括中压开关、保护装置，以及一套小型的中压电机控制器，并提供了本地化的备件支持和中压电器工程师服务。
+ z- r: l% \  h4 i1 u" {8 ?    从2003年5月启用以来，PowerFlex7000中压变频器的节能效果表现突出。仅在5月至8月期间，就为太仓水厂节省了432,000千瓦时的电能，全年将节省7.47万美元的电费。