HoneywellPlantscapeDCS  C200控制系統(tǒng)在青鋼空分設(shè)備的應(yīng)用

                 楊 海 哲

（青島鋼鐵氣體有限公司，青島市遵義路5號(hào) 266043）

摘要：描述了Honeywell公司Plantscape Process DCS C200控制系統(tǒng)在青島鋼鐵10000m3/h及15000m3/h空分設(shè)備上的應(yīng)用，并詳細(xì)介紹此DCS組成和功能，軟件結(jié)構(gòu)及應(yīng)用和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：空分設(shè)備，DCS控制系統(tǒng)，組成，功能，應(yīng)用

 Application of Honeywell Plantscape Process DCS system in10000m3/h &15000m3/h ASU

                  Yang Hai-zhe

(Gas producing CO.,Ltd.of Qingdao Iron and Steel Group Inc.,5 Zunyi Road,Qingdao266043,Shandong,P.R.China)

Abstract:The paper presents the application of HoneywellPlantscapeProcess DCS C200 control system in 10000m3/h&15000m3/h airseparation unit installed in  QingdaoIron and Steel Group Inc.The structure of DCS control system manufactured byHoneywell Com,the function and software structured and the experience inapplying it are described in detail.

Keywords:Airseparation unit,DCS control   system,Composition                                Function,Application

PlantscapeProcess DCS控制系統(tǒng)是Honeywell 公司推出的面向中小型過程應(yīng)用和設(shè)備集成控制的開放型控制系統(tǒng)，它具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力，友好的人機(jī)界面及方便的工程軟件，也具備PLC的高速邏輯和順序控制功能。我廠10000m3/h及15000m3/h空分系統(tǒng)采用Honeywell Plantscape Process DCSC200 控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩套空分設(shè)備的有效監(jiān)控。整套系統(tǒng)具備高速的靈活性和極好的擴(kuò)展性。

1.PlantscapeProcess DCS C200控制系統(tǒng)的組成和功能

我廠Plantscape Process DCS C200控制系統(tǒng)有三部分組成，即數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，分散處理系統(tǒng)和人機(jī)接口?？刂葡到y(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)十分明晰，見圖一。

                     圖一

    數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)有工業(yè)控制網(wǎng)（CONTROLNET）和以太網(wǎng)（ERHERNET）組成。我廠工藝監(jiān)控的I/O點(diǎn)每套空分大約為400點(diǎn)，CONTROLNET網(wǎng)上連接一對(duì)冗余控制器（C200）和幾套I/O機(jī)架就可以很好的完成自動(dòng)化監(jiān)控方案的實(shí)施。而網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)為常規(guī)的75歐姆同軸電纜，通訊速率為5MB/秒。該網(wǎng)絡(luò)除了與國際標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議兼容外，還在過程控制應(yīng)用的安全方面對(duì)這些協(xié)議作了很大的加強(qiáng)。因?yàn)?span lang="EN-US" style="padding: 0px; margin: 0px; ">CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)的最大通訊距離可達(dá)3000米，并且是一個(gè)十分安全的控制網(wǎng)絡(luò)。為此，在我廠位置偏遠(yuǎn)的15000m3/h空分主控室建立一個(gè)10000m3/h空分操作站，通過光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過網(wǎng)絡(luò)集線器建立一個(gè)操作站，并為下一步實(shí)現(xiàn)兩套空分的集中監(jiān)控打下基礎(chǔ)。而ETHERNET網(wǎng)絡(luò)則是Plantscape系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)，在ETHERNET網(wǎng)上可連結(jié)人機(jī)接口和各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如：工程師站，操作員站，數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器，打印機(jī)等。該網(wǎng)絡(luò)的通訊速率為10MB/秒。它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開放型網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)大部分設(shè)有千兆自適應(yīng)網(wǎng)卡，很簡單的實(shí)現(xiàn)掛接ETHERNER網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備及配置均為WindowsNT和Windows2000支持。因此保證了數(shù)據(jù)的正常傳送，同時(shí)保證了設(shè)備的互換性，降低了設(shè)備的成本。為了更進(jìn)一步保障設(shè)備的安全連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在我們的兩套空分設(shè)備中，CONTROLNET和ETHERNET網(wǎng)絡(luò)均為冗余配置。

分散控制系統(tǒng)采用 C200冗余控制器一對(duì)。它由中央控制單元，I/O通訊處理單元和冗余切換單元等組成.中央控制單元所完成的功能和控制包括：測(cè)量值運(yùn)算，常規(guī)調(diào)節(jié)控制，邏輯控制，順序控制等。所有的控制功能采用組態(tài)的方式按功能塊單獨(dú)進(jìn)行。每個(gè)功能塊可以獨(dú)立組態(tài)，獨(dú)立上傳或下裝，獨(dú)立調(diào)試。提高了系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)的方便性。

人機(jī)接口包括：工程師站一臺(tái)，操作員站一臺(tái)，打印機(jī)兩臺(tái)，工程師站，操作員站均由WINDOWS NT或WINDOWS2000作為操作平臺(tái)，內(nèi)裝Honeywell  Plantscape系統(tǒng)軟件。它包括：數(shù)據(jù)庫軟件，冗余數(shù)據(jù)庫軟件，工程師和操作員運(yùn)行軟件等。

2.系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

我廠兩套空分操作系統(tǒng)分別采用WINDOWSNT4.0和WINDOWS2000，它們已實(shí)現(xiàn)全面界面漢化，便于運(yùn)行人員和系統(tǒng)工程師快速掌握系統(tǒng)的操作和維護(hù)。在操作站上的每組調(diào)節(jié)畫面具有8個(gè)過程變量顯示。每個(gè)變量均提供點(diǎn)細(xì)節(jié)信息。包括：測(cè)量值，上下限報(bào)警值，掃描時(shí)間，操作方式等。變量可實(shí)時(shí)組態(tài)。同時(shí)每組趨勢(shì)具有8個(gè)過程變量，6組顯示方式，包括：趨勢(shì)圖顯示，棒狀圖顯示，數(shù)值顯示，X-Y方式顯示等。過程變量可實(shí)時(shí)修改。系統(tǒng)提供圖形庫，不僅豐富了操作站的工藝流程監(jiān)控畫面，而且給工藝流程圖的繪制與組態(tài)提供了強(qiáng)有力的支持。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)三維圖形顯示畫面，采用對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)的運(yùn)行畫面，報(bào)警顯示畫面，系統(tǒng)監(jiān)控畫面，系統(tǒng)維護(hù)畫面等，考慮到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在工藝流程組態(tài)方面沒有做的太復(fù)雜，按照簡潔，易于監(jiān)控維護(hù)的原則進(jìn)行。

同時(shí)系統(tǒng)支持多媒體技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警等特殊的技術(shù)要求。并且提供圖形化的應(yīng)用開發(fā)界面給高級(jí)應(yīng)用帶來方便。

3系統(tǒng)設(shè)備的基本功能

3.１工程師站功能

用于程序開發(fā)，系統(tǒng)診斷，控制系統(tǒng)組態(tài)，數(shù)據(jù)庫和畫面的編輯及修改。生產(chǎn)任何顯示畫面和趨勢(shì)圖等，并能通過通訊總線加載到操作員站。能調(diào)出系統(tǒng)中任一已定義的系統(tǒng)顯示畫面進(jìn)行修改等工作。同時(shí)通過通訊總線，可調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)任一分散處理單元的系統(tǒng)組態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)?？蓪⒔M態(tài)數(shù)據(jù)從工程師站上下載到各分散處理單元和操作員站。此外，當(dāng)重新組態(tài)的數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，系統(tǒng)能自動(dòng)刷新其內(nèi)存。具有對(duì)DCS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的功能。包括各控制站的運(yùn)行狀態(tài)，各操作站的運(yùn)行狀態(tài)，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊情況等方面的監(jiān)控。具有在線組態(tài)功能，如：上下限的修改，控制參數(shù)的調(diào)整，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O站的直接操作，對(duì)某I/O點(diǎn)的強(qiáng)制以及在線改變控制算法等。具有在線顯示組態(tài)圖上所有輸入輸出，中間量點(diǎn)數(shù)值。工程師站設(shè)置操作保護(hù)密碼，以防一般人員擅自改變控制策略，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫等。

3.2 操作員站功能

監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)模擬量和數(shù)字量，顯示并確認(rèn)報(bào)警，顯示操作指導(dǎo)，建立趨勢(shì)畫面并獲得趨勢(shì)信息，打印報(bào)表，控制驅(qū)動(dòng)裝置，自動(dòng)和手動(dòng)控制方式的選擇，調(diào)整過程設(shè)定值和偏置等。

3.3 控制器功能

調(diào)節(jié)控制功能：常規(guī)PID控制，串級(jí)PID控制，帶前饋PID控制等。數(shù)據(jù)處理功能：數(shù)據(jù)采集，線性化處理，開方運(yùn)算等。邏輯聯(lián)鎖功能：位運(yùn)算，字運(yùn)算，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器等。順序控制功能，設(shè)備控制功能，I/O通道運(yùn)算功能.

3.4 I/O模件

系統(tǒng)采用的I/O模件為模擬量輸入模件4-20mA（16點(diǎn)/模件），模擬量輸出模件4-20mA（6點(diǎn)/模件），熱電阻輸入RTD（6點(diǎn)/模件），數(shù)字量輸入模件（32點(diǎn)/模件），數(shù)字量輸出模件（32點(diǎn)/模件），遵循的原則是經(jīng)濟(jì)，高效，安全，可靠。

3.5 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是將分散處理單元，輸入/輸出處理系統(tǒng)及工程師站和操作員站聯(lián)接起來，以保證可靠和高效的系統(tǒng)通訊。連接到數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或影響其他聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作。通訊系統(tǒng)的故障不會(huì)引起分散控制器不能工作。所提供的通訊總線是冗余的（包括冗余通訊總線接口模件）。冗余的數(shù)據(jù)通訊總線在任何時(shí)候都同時(shí)工作。CONTROLNET通訊速度為5Mbit/S，通訊距離3000米。ETHERNET網(wǎng)絡(luò)通訊速度為10Mbit/S，通訊距離300米。掛在數(shù)據(jù)通訊總線上的所有站，都能接受數(shù)據(jù)通訊總線上的數(shù)據(jù)，并可向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通訊協(xié)議包括CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)），奇偶校驗(yàn)碼等，以檢測(cè)通訊誤差并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，確保系統(tǒng)通訊的高度可靠性。

4．軟件的應(yīng)用

我廠Plantscape ProcessDCS軟件版本為R320&R400, 運(yùn)行在WINNT或WINDOWS2000操作系統(tǒng)。軟件提供圖形化組態(tài)界面可以實(shí)現(xiàn)在線修改，分布投運(yùn)。并且下裝時(shí)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)庫，功能比較齊全。軟軟件主要由四部分組成，即Quick Builder, Displaybuilder,Control Builder,Konwledge Builder.

4.1 Quick Builder

Quick Builder 的主要功能快速定義包括服務(wù)器，工程師站，操作站，打印機(jī)，控制器，I/O卡件等。

4.2 Display Builder

DisplayBuilder通過圖形庫，及通用的編程語言很方便的實(shí)現(xiàn)工藝監(jiān)控流程圖的繪制及定義。形象WINDOWS和AUTOCAD式的模式，簡單易掌握。如圖三是我廠DCS控制的一張工藝流程圖。

4.3 Control Builder

Control Builder通過其軟件控制功能塊庫直接調(diào)用，組合，定義完成包括PID，順序邏輯控制功能。如下圖則是PID控制的一個(gè)實(shí)例。

                        圖二

同樣，作為順序邏輯控制最為復(fù)雜的分子篩控制系統(tǒng)，和其他控制策略的生成一樣，（如圖三）從CONTROL BUILDER的LIBRARY調(diào)用相應(yīng)的功能塊，主要是HANDLER，STEP，TRANSITION功能塊，同時(shí)對(duì)各個(gè)功能塊進(jìn)行連接，定義，限制條件。另外，分子篩吸附器程序的每一步都有特定的運(yùn)行時(shí)間，并且要求程序暫停時(shí)記錄當(dāng)前步執(zhí)行的時(shí)間，本套DCS提供的功能塊圖中計(jì)時(shí)器種類多，功能各不相同，利用相應(yīng)功能塊定義時(shí)間計(jì)數(shù)器，使得操作員能夠修改分子篩切換的各個(gè)步驟的時(shí)間，同時(shí)，作為安全工藝要求，有些步驟的時(shí)間都有一定的限制，以符合工藝生產(chǎn)的需要。

4.4 KnowledgeBuilder

Knowledge Builder是提供軟件功能應(yīng)用幫助的工具，它可以單獨(dú)運(yùn)行與WINDOWS IE5.0以上的環(huán)境，方便快捷查找各種說明，給工程技術(shù)人員很大的幫助和方便。

5.應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)與體會(huì)

Plantscape Process DCS C200硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)比較清晰，I/O卡件規(guī)格比較統(tǒng)一，易于升級(jí)改造和日常維護(hù)。軟件系統(tǒng)易于組態(tài)，易于使用，易于擴(kuò)展。我廠實(shí)際應(yīng)用采用全冗余配置，使控制系統(tǒng)具有高度的可靠性，系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障，均不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。機(jī)柜內(nèi)卡件的插拔均具有導(dǎo)軌和連鎖，可避免造成損壞或引起故障。I/O卡件的編址不受機(jī)柜內(nèi)插槽位置的影響。在機(jī)柜內(nèi)任何插槽位置上都能執(zhí)行其控制功能。同時(shí)此系統(tǒng)CPU模件為多CPU結(jié)構(gòu)，其在功能上各行其職，完成高性能的通訊功能，控制功能和與I/O子系統(tǒng)的接口控制，提高了系統(tǒng)的可靠性。并且CPU模件為全封閉結(jié)構(gòu)，并帶有LED自診斷顯示，CPU模件采用鋰電池作為失電程序保護(hù)。另外CPU以容錯(cuò)方式工作，當(dāng)某一處理器模件故障，不影響其他處理器模件的正常運(yùn)行。即使數(shù)據(jù)通訊總線故障時(shí)，處理器模件也能繼續(xù)運(yùn)行。所以對(duì)系統(tǒng)中的某個(gè)處理器模件的程序修改，切除或恢復(fù)投運(yùn)均不影響其他處理器模件的正常運(yùn)行。而作為控制系統(tǒng)最為核心的控制器因?yàn)椴捎昧巳哂嗯渲?，一旦某個(gè)工作的處理器模件發(fā)生故障，系統(tǒng)將自動(dòng)的以無擾方式，快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站上報(bào)警及打印輸出。同時(shí)冗余配置的處理器模件采用獨(dú)立的通訊接口與系統(tǒng)連接，能接受系統(tǒng)對(duì)它們的組態(tài)及其組態(tài)修改。后備狀態(tài)的處理器模件將不斷的更新自身的信息。另外I/O模件是“智能化”的，I/O模件可以完成掃描，數(shù)據(jù)整定，數(shù)字化輸入/輸出，線形化，熱電偶冷端補(bǔ)償，過程點(diǎn)質(zhì)量判斷，工程單位換算，信號(hào)濾波等功能。因此可防止因壞點(diǎn)引起的誤動(dòng)作。而模擬量輸入卡件在每次掃描中都對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行信號(hào)超限檢測(cè)，熱電偶開路檢測(cè)和信號(hào)的壞值檢測(cè)。所有接點(diǎn)輸入模件都具有防抖動(dòng)濾波處理。如果輸入接點(diǎn)信號(hào)在4毫秒之后仍抖動(dòng)，模件不接受該接點(diǎn)信號(hào)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中檢測(cè)模擬量輸出卡件的狀態(tài)，一旦測(cè)試出現(xiàn)故障，將保持執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置不動(dòng)。我廠DCS的操作員站和工程師站采用臺(tái)式DELL計(jì)算機(jī)，DCS系統(tǒng)具設(shè)有完善的病毒防火墻措施，可有效的防止計(jì)算機(jī)病毒的侵害。自2002年投產(chǎn)以來，兩套控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，很好的完成了10000m3/h及15000m3/h空分的生產(chǎn)監(jiān)控任務(wù)。另外利用Honeywell Plantscape Process DCS C200 控制系統(tǒng)軟件的自身可擴(kuò)展性，通過軟件組態(tài)完全實(shí)現(xiàn)氧氣，氮?dú)猓瑲鍤廨斔偷淖詣?dòng)控制。而且在我廠生產(chǎn)調(diào)度室增加一臺(tái)DCS操作站,更好的完成了全廠的生產(chǎn)監(jiān)控和協(xié)調(diào)任務(wù)。當(dāng)然，Plantscape Process DCS C200控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中也曾經(jīng)出現(xiàn)過操作站之間的小小的通訊故障，系計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的兼容性不是很理想，操作人員只需要根據(jù)系統(tǒng)提示重試連接或重新登陸一下即可解決。與進(jìn)口壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)通訊存在干擾嚴(yán)重現(xiàn)象，系我廠通訊電纜和控制電纜敷設(shè)在一起造成。另外，在15000m3/h空分系統(tǒng)中，進(jìn)口英格索蘭氮壓機(jī)和COOPER壓縮機(jī)采用RS485通訊共用一套FTA，SIM卡件通訊數(shù)據(jù)時(shí)有中斷，后增加一套FTA，問題徹底解決。其他運(yùn)行狀況良好。

6．結(jié)束語

 目前，HoneywellPlantscape Process DCS控制系統(tǒng)有效地監(jiān)控了我廠10000m3/h及15000m3/h空分設(shè)備生產(chǎn)過程，確保了空分設(shè)備的可靠運(yùn)行，使操作維護(hù)方便，保證了生產(chǎn)過程穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)之初要求。