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1、第十四届全国化工大企业信息网年会D C S 技术在有机化工生产中的应用贵州水晶有机化工集团公司汪永恒几年来，贵州水晶有机化工集团公司运用信息技术来优化企业资源配置，加快水晶产业结构调整步伐，提高企业的核心竞争力，取得了较明显的效果。自1 9 9 8 年上了一套计算机集散控制系统( D C S ) H S 2 0 0 0 ( 北京和利时公司D C S 技术) ，运用于醋酸乙稀车问Z 列生产线，对生产实行全过程的监控，取得了明显的效果。2 0 0 2 年又采用A B B 技术，实施了D C S 二期工程。2 0 0 3 年又实施了D C S三期工程，对部分主要生产车问全面实现了面向流程性工业的智能
2、化集散控制( D C S ) ，即由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4 C 技术，基本思想是控制与危险分散、地域安装分散、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便，并与总调度室联网进行工艺过程监督的一体化管理。系统概述在二、三D C S 期工程项目中，采用了F r e e l a n c e 2 0 0 0 系统技术。F r e e l a n c e 2 0 0 0 系统是A B B 集团的H & B 公司推出的一种具有先进水平的全能综合型开放控制系统，该系统融入传统的D C S 和P L C优点于一体，并支持多种国际现场总线标准。
3、既具备D C S 的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面( H M I ) 及方便的工程软件，又同时具有与高档P L C 指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。该系统既可连接常规I 0 ，又可连接P r o f i B u s 、F F 、C A N 、M o d b u s 、I n t e r b u s 等各种现场总线设备，具有高度的灵活性和扩展性。1 系统概述该系统分为两极：( 1 ) 操作管理级。主要包括操作员站、工程师站、数据网关、管理计算机及相应的软件等，在操作管理级上实现了传统的控制系统监控操作功能( 预定义及自由格式动态画面显示、趋势显示、弹出式报警及操作指导信息、报表打印、硬件
4、诊断等) ，而且可实现配方管理及数据交换等管理功能。( 2 ) 过程控制级。用于工业过程控制程序的节点有P S ( P r o c e s sS t a t i o n ) 常规过程控制站和F C ( F i e l dC o n t r o l l e r ) 现场( 总线) 控制器两类。P C 主要由控制单元、供电单元及排线端子等其他附件组成，而该控制单元还包括了中央控制器( C P U 模块) 、I O 模块及其他附件，P s 主要完成数据采集和各种控制功能，并通过系统总线与操作管理级相连以传递实时数据。系统的F c 是基于开放的国际标准F i e l d b u s ( 现场总线) 的
5、工业级控制器，现场过程仪表可直接或借助于F i e l d b u s 连接远方I 0与F C 进行数字通讯，以节省电缆和施工费用。、生产过程的实时控制由P S 和F c 完成，通过过程控制级来实现包括复杂控制在内的各种回路调节( 如P I D 整定、比值、S i m i t 等) 和高速逻辑控制、顺序控制( S F C ) 以及批量间歇控制功能。2 系统通讯系统的通讯主要采用两种工业总线，一是系统站内总线采用D i g i N e t P ( 一个内部三重化冗余的C A N ，即控制局域网) 总线。而C A N 总线是一种为自动化领域开发的传感器执行器总线。由于任何1个C A N 控制器发生
6、故障时只影响相应的C A N 总线，通过C P U 模件冗余配置F r e e l a n c e 系统，可提高3 “ - - 4 倍的系统平均故障时问( M T B F ) 。D i g i N e t P 总线用于控制站内部控制器与I 0 模块之间、中央单元与扩展单元之间的通讯，即现场总线标准。其主要特点是具有高度的数据准确性和完整性，数据传输安全可靠，传输速率高达1 M b i t s ，传输距离最远可达4 0 0 m ，以及具有较强的电磁兼容性等特性。系统采用三重化C A N 总线协议接口卡F 1 8 1 0 F 来实现。本项目选用$ 8 0 0 和$ 9 0 0 ( 本安型) 来实现
7、过程控制站分布式I O ，通过D i g i N e t D P 现场总线与其所属的控制器通信，提高系统的安全性。二是系统的“三站”结构方面，即过程站、操作员站、工程师站之间的通讯总线采用D i g i N e t S ，即工业以太网，符合I E E E 8 0 2 3 ，可采用l O B a s e T ( U T P 电缆) 、l O B a s e 2 ( 细同轴电缆) 、l O B a s e 5 ( 粗同轴电缆) 、l O B a s e F L ( 光纤电缆) 等传输，通讯距离分别为1 0 0m 、9 2 5m 、2 5 0 0m 、4 5 0 0m ( 多模3 7 9第十四届全国
8、化工大企业信息网年会光纤) 、3 0 k m ( 单模光纤) ，实施中根据现场情况综合采用。对于外部通讯接口，采用D C 0 1 通讯接口模块，每个模块提供4 个用于外部设备耦合的串行通信接口( R S 4 8 5 、R S 4 2 2 、R S 2 3 2 C 等，其最大的传输距离分别为1 2 0 0 m 、1 2 0 0 m 、2 0 m ) ，用于连接P L C 、分析仪、称重系统等智能设备。本系统采用l O B a s e 5 传输监视信息，送至总调度；通过D C 0 1 的R S 4 8 5 、R S 4 2 2 、R S 2 3 2 C 通讯接口模块实现对现场的实时通讯。3 系统供
9、电系统供电方面，采用了支持两路彼此独立2 2 0 V 交流电源输入并具备双回路自动切换功能，在设计中，两套独立的2 2 0 V A C 电源容量为5 K V A ，并选定一路来自在线式U P S 。F r e e l a n c e 系统的控制站采用了更为可靠的分散化冗余供电及配电系统，各个冗余供电D P W 提供2 4 V D C ，再经具有电源状态显示、报警、冗余电源自动切换以及D i g i N e t P ( C A N ) 总线接口等功能的系统配电单元L I N K 模件分配给其他模件，并经过内部的D c 变换器提供给各模块。I O 模块的外部( 现场侧) 供电则由独立的现场电源D
10、C 2 4 V 供给，与D P W 系统供电单元完全实行电气隔离，大大提高了安全性。对于现场控制器F C 的供电，采用了具有开路、过载、及短路保护功能、输出波形优良并具有掉电诊断和自启动功能的辅助电源模块D F O I 0 2 供电，以保证D C 5 V 5 A 的工作电源和D C 3 3 V 5 A 的输出电源。4 系统组态D C S 系统组态可通过各车间的工程师站( 操作员站兼) 来完成，利用安装在F r e e l a n c e 系统工程师站上的D i g i T o o l 工具完成D C S 系统的硬件配置、控制方式、控制算法、满足I E C l l 3 1 3 标准的工艺流程图形
11、化、H I S ( 人机接口) 等组态，进行工程调试和诊断功能配置，并可通过其自定义功能完成V A C 、P V A 生产特殊工艺的过程设置。利用图形化组态编程语言，即功能块图( F B D ) 来实现车间生产过程中回路调节控制和逻辑控制功能，完成顺序功能图( S F C ) 、指令表( I L ) 、梯形图( L D ) 、结构化文本( S T ) 、操作和监控( H I S ) 的组态，并可实现图形化文档功能，为生产文档管理带来很大的方便。5 系统应用特点( 1 ) 该系统采用两种应用广泛的工业总线。用于过程控制站P S 内部通讯的D i g i N e t P 总线是三重化的C A N
12、( D I N I S O l l 8 9 8 标准) 总线，其最大特点是它的超级坚固性和数据安全性。P S F C 与O S E S之间的通讯由D i g i N e t S 网络( 以太网I E E E 8 0 2 3 标准) 实现，以适应不同的通讯传输介质和网络拓朴结构。( 2 ) 操作员站O S 、工程师站E s 及数据网关G S 采用了F r e e l a n c e 2 0 0 0 系统，以满足系统的通用性、开放性和易用性，并对将来的技术升级和维护节带来很大方便。( 3 ) 系统的工业组态方便，表现在组态语言基于I E C l l 3 1 - 3 工业标准，提供了功能块图( F
13、B D ) 、梯形图( L A D ) 、指令表( I L ) 和顺序功能图S F C 、结构化文本S T 等图形化组态手段。系统带有包含近1 7 0 多个功能块的算法库和具有2 0 0 多个图形符号的基本图库和内含大量3 D 图符的扩充图库，使用同一套组态工具软件完成过程级和操作级组态以及调试。系统设计针对有机化工流程性生产的特点，结合水晶有机化工的特点，经过周密的分析后对V A C 、P V A 两车间的3 条生产线进行生产过控监视与控制。整个系统主要分为操作员站、工程师站、现场控制站三大部份。1 系统设计概述项目选用A B BA C 8 0 0 F 现场总线控制站系统。该系统是面向工厂自
14、动化的新一代开放式D C S 系统，全面支持现场总线技术，系统采用全局数据库技术，实现全面一体化编程。该系统通信为标准以太网，系统结构具有较强的扩展能力，系统编程采用国际化标准。现场控制站采用符合技术要求的远程I 0A B BS 8 0 0 ，并通过P r o f i b u s 网关与控制站进行数据通信。2 操作员站( S O P S )操作员站的主要作用是生产过程监视与控制，即综合监视来自生产过程控制级的所有信息( 温度、压力、流量、开度、液位、反应时间、电压、电流、周波、产量等) ，进行实时监视、报警、趋3 8 0第十四届全国化工大企业信息网年会势生成、记录、打印输出，并通过鼠标、键盘完
15、成生产现场的人工操作控制等。该操作员站具有包括总貌显示、面板显示、趋势显示、报警及记录显示等标准预定义显示，系统流程图画面支持三维动画，同时具有面向维护人员的系统故障自诊断功能寻先进的过程操作性能。该站的硬件选用适用于工业现场的D E L LP C 机，配置2 1 ”C R T 纯平彩显；应用软件采用D i g i T o o l6 1 、D i g i v i s6 1 ，并运行在W i n d o w sN T 4 0W o r k s t a t i o n 操作系统上，是操作员站必备的软件。操作员站通过以太网与过程站及其他设备进行通信，由于系统数据库为整个系统，所以操作员站之间数据及画
16、面可以实现共享，且互为冗余。、在显示功能上，支持一系列的标准预定义显示。如总貌显示、分组显示、S F C ( J I 页序功能图) 显示、回路及各过程位号面板显示，趋势、报警、过程信号记录与操作记录以及事故追忆记录等，具有传统的D C S 流程图自定义功能，支持三维立体图形画面及强大的三维立体图形库，支持位图功能，使作图更为简捷、画面直观。同时，支持各种动画表示，图形更新时间设置小于1 秒，7 可由编程软件定义。系统具有诊测功能，可实时反映总体、过程、系统模件状态，及时给出中文提示并支持2 5 0 0余个变量趋势组态和F T P 协议。图lD C S 系统结构拓扑3 8 1第十四届全国化工大企业信息网年会3 工程师站( E S )工程师站主要是用来实现系统软件组态和系统调试投运。由于本系统不是长期在线组态和系统调试，故采用操作员站兼作工程师站( 应用D i g i T o o l6 1 软件来实现) 使用。通过以太网与过程站及其他设备进行通信，实现硬件编辑、现场过程站编程、现场总线智能仪表组态、操作员站组态的一体化
