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采用Profibus PA总线系统的生产线

助工
2007-08-11 20:00:42    评分
作者/来源:流程工业 作者:Christine Eckert    点击率:22       巴斯夫公司在路德维希港市新建的香精、香料生产线是世界上最大的采用Profibus PA总线系统的生产线。该系统带有1000个Profibus PA室外检测点,可以在易燃易爆的危险领域对化工流程设备进行自动化检测;整套系统建立在工作可靠的Profibus DP和PA通信技术协议基础之上。该系统还可以进行功能扩展:巴斯夫公司在决定采用Profibus PA总线系统时就同时定购了资产管理系统。现在,室内的安装布线工作已经完成,最晚到2006年1月就可以开始整体流程设备的启动试车,进行总体性能的最后验收。

    不久,在路德维希港市将会出现利用柠檬、铃兰花、玫瑰和薰衣草混合而成的独特香质。巴斯夫公司新建的香精、香料生产线有四条支线构成(图中所示的是去年建成的柠檬香生产支线),共设置了1000个监控点。这些监控点均设置在流程设备易燃易爆危险的区域中,采用的是符合数字通信协议的Profibus PA和DP现场总线系统。Lang & Peitler公司的工程师对整个生产线的Fieldbus现场总线外设以及与整个流程设备总控制系统的兼容性进行测试。

    Lang & Peitler自动化技术公司的项目负责人Joachim Baumeister先生自豪地说:“对我们来讲,巴斯夫公司的O 810生产线只是非常普通的项目。” 这并非夸大其词,路德维希港市巴斯夫公司的设计师Gerd Niedermayer先生证实了Baumeister先生的说法:“通过与巴斯夫公司共同设计的方案,我们得到了目前最可靠的自动化控制方案。利用Profibus现场总线技术可以保证流程设备的所有流程都得到有效的控制。”

愿望变成现实

    事实证明确实如此:利用Profibus PA总线系统, Aventis德国公司成功生产出新一代酮类酯类抗生素Ketek(替利霉素);科莱恩公司(Clariant)生产出Rubin红宝石。新型的自动化控制技术通过了严格的测试检验。

    从80年代起,路德维希港的巴斯夫公司就开始采用先进的现场总线控制技术了。当时使用的是Fieldbus。Niedermayer先生在回忆当时的情况时说道:“开始的小型Profibus PA试验项目虽然获得了成功,但是费用太高。幸运的是:这一试验项目一直继续下去,最终形成了现在的大功率现场总线元器件、以Fieldbus现场总线为基础的传感器-反应器构成的、经济高效的Profibus PA现场总线系统。”

    巴斯夫公司在这套新型香精、香料生产线中采用Profibus PA现场总线系统的目的是:以最少的投资获得最好的自动化控制系统,并且可以根据需要随时进行扩充。“许多现代化的流程设备结构设计是非对称的,它们当中至少有三分之一需要采用Fieldbus现场总线控制方式、远程输入/输出控制方式和传统的自动化控制技术进行自动化流程的生产控制。而这种自动化控制方案并不节省投资费用;另外,从长远来看:在维护保养、电器维修和自动化控制资料的汇编方面也存在大量的困难。”Niedermayer先生说道。而标准化的Profibus现场总线系统的优点是不言而喻的:Profibus现场总线系统从物流入口开始,在流程工业生产的各个环节,直到成品出厂都可以使用;在维护保养中节省资金和费用;有着很好的资料自动汇总能力。“我们对Profibus现场总线系统有着很高的期望,尤其是在故障诊断和资源管理方面。这一项目也是我们采用先进技术的一个样板项目。”巴斯夫公司的专家说道。在O 810香精、香料生产线及四条子线中共有1000个室外Profibus PA现场检测点,其中很多是在有易燃易爆危险的场合中工作的。不久,还将有一个用于混和柠檬、铃兰花、玫瑰花和薰衣草的混和器安装到位,届时路德维希港市将有自己独特的香味特质。早在两年之前,巴斯夫就决定建造采用Profibus现场总线系统的香精、香料生产线了。2003年10月, Lang & Peitler自动化技术公司就作为巴斯夫香精、香料生产线自动化技术控制的主要设计单位加入了设计课题组,负责整个生产线的自动化控制系统的设计,并进行所有系统部件和Fieldbus仪器的集成性能测试。同时,巴斯夫公司还期望Lang & Peitler能提供系统性能保障和可再生利用的方案。以保障巴斯夫公司的系统部件有很好的兼容性,Fieldbus现场总线元器件的使用寿命为十五年。“使用该系统还可节约大量资金,包括软件升级,硬件更新,维护保养和设备停机时间的费用,这也给用户带来了很大的惊喜。”Baumeister先生说道。

成功的解决方案

    开始时,巴斯夫公司的专家们对DTM设备类型管理器直接集成到总控制系统中是否存在软件升级的问题还抱有疑问。Niedermayer先生说:“就我的观点来看,DTM设备类型管理器集成到总系统后软件升级是必不可少的。”其理由是:在总控制系统中对各个现场总线外设进行参数赋值时,必须对各个DTM设备类型管理器进行单独的、费用很高的测试,必须有系统专用的测试工具软件。而在采用了与设备类型无关的设备管理系统之后,就不会有任何问题了。

    巴斯夫公司决定采用Endress+Hauser公司研发生产的Fieldcare设置工具软件和W@m设备管理系统,这是一个非常明智的选择。不仅能够很快地收回这一标准的解决方案的全部投资,而且还可以将流程设备的故障风险限制在最小的范围内。Baumeister先生说:“利用我们的知识和经验,在Endress+Hauser公司技术的支持下,我们可以保证巴斯夫公司香精、香料生产线所有功能的可靠性,尤其是那些DTM设备类型管理器。”在对生产线的现场总线外部检测设备进行参数赋值时,允许不中断流程生产的过程,并且不必事先开启PLS控制器。在完成外设参数赋值后,检测设备即自动连接到现场总线系统中,流程设备的操作者可以控制该检测仪器的所有功能;在生产现场,这些总线外设以及Fieldbus现场总线可以在没有PLS控制器的情况下启动。这在系统安装和扩展的工作中可以节省大量资金和时间。

    在决定采用可以单独赋值的现场总线外设后,整个工程进展顺利。在系统安装调试过程中,Profibus PA技术充分展示了它强大的性能,告诉人们它能完成什么任务。同时也说明:Profibus PA现场总线系统可以满足用户的各种需求。“由于这是巴斯夫公司最大的一个现场总线系统工程,所以在验收报告中对所有Fieldbus现场总线外设兼容性测试情况作了详细、清楚的记录。”Niedermayer先生说道。

对“心脏和神经”的检测

    在应用测试时,Lang & Peitler公司与他的合作伙伴一起对各个总线外设与总系统的兼容性、参数设置软件工具进行了检测,并对DTM设备类型管理器等每一个细节都进行了彻底的检验,结果相当令人满意。整个现场总线系统有90家生产厂、20多种不同的外设类型。测试时使用的导线长度非常准确,跟这些外设在流程设备安装时使用的一样。“由于进行了这样的应用性能测试,外设、总线系统的动态性能和工作性能有了绝对的保障,可以保证在流程设备使用现场得到与应用测试完全相同的结果。”Baumeister先生说道。这种应用测试过程,也赢得了巴斯夫公司对自动化控制技术的信任,使他们的远程输入/输出备用方案从办公桌的抽屉中消失。

另外,在通信测试中,还对每一个外设的参数设置情况进行了查询,了解了哪些参数在预防性流程设备的维护保养中可以使用。Niedermayer先生说:“我们需要的不是1000个监测仪器向我们报告那些无用的数据。我们需要的是某一个检测仪器告诉我们:一周后我就不能工作了。虽然我们目前距这一目标还有很长的路要走,但是在采用了Namur公司的最新故障诊断方案之后,我们又向这一目标迈近了一步。”在这套香精、香料生产线中,巴斯夫公司已经开始采用最新的故障诊断方案对1000个检测点中的17个利用资源管理工具和监视器进行监控了。之所以采用逐步展开的方法,主要是先进行试验,看看是否可以利用这种方法找出流程设备工作中的最重要的监控点,这种监控诊断技术是否值得推广。在总结经验的基础上,巴斯夫公司还打算增加资源管理器控制监测点的数量。“我们的重点放在预防性的监控检测中。”Niedermayer先生解释道。

新型节俭控制技术

在这项工程中,巴斯夫公司放弃了传统的检测和调节元器件记录报告方式。在全新的自动化控制方案中,仅在需要安全保障的部位监控点编辑检测报告;其他普通监控点仅提供电子表格格式的检测报告。这样大大节省了费用支出。“这种投资计划较少的设计方案虽然在项目建设中给我们带来了许多不便,但是在流程设备生产运行过程中却为我们带来相当大的利润。在流程设备的启动试车和调试过程中也为公司节省了不少资金。准确的投资节省力度将会在稍后的资金核算中得知。”Niedermayer先生说道。

2005年7月,Lang & Peitler公司对流程设备在总控制系统控制下的性能进行试车验收。整套设备的第一部分最晚将于2006年初投产,无论工期如何紧迫,有一点是肯定不变的:新型香精、香料生产线在投产时配备的必定是Profibus PA现场总线系统。“我感到非常吃惊:所有功能都顺利地通过了测试,而且系统的操作如此简单,即插即用就是Profibus PA现场总线。”Baumeister先生说道。

P50 现场总线系统简介

巴斯夫公司采用了获得认证机构许可的安全防护技术。在香精、香料生产线易燃易爆危险区域共设置了1000个监控点,对安全因素变动情况进行监控,并将所有的监控数据直接发送到总控制系统中。在监控室中,Remote I/O远程输入输出控制系统对大约20个监控点进行重点监控。这些监控点与其他所有监控信号进行了连接。Profibus DP现场总线系统通过耦合器与Profibus PA进行联系。四个Power Link动力驱动器为1900m长的Profibus PA系统提供能源。其中一段连接了四个Fieldbus现场总线的控制器,负责Ex/Exw安全防护的系统隔离。每一个Fieldbus控制器可以连接四个分控制器。在Fieldbus现场总线系统中馈送和获取数据的速度非常之快,每一读、写数据的时间大约为32~280us。在对电动机进行控制时,可在600 us的时间内使电动机启动起来。开始时,自动化控制系统的主要部件计划采用:ABB公司的Operate IT功率系统,Pepperl+Fuchs公司的元器件耦合装置、现场总线控制器,Endress+Hauser公司生产的传感元器件,后来又补充了Krohne公司的产品和Samson公司的调节元器件。Lang & Peitler公司所用的低压电器是西门子公司的产品,故障率极低的SPS可编程控制器是Hima公司生产的产品,仅有的一套Remote I/O远程输入输出控制系统是Ceag公司的产品。



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