DCS控制系統(tǒng)在80萬噸/年硫酸生產(chǎn)上的應(yīng)用

高 山

（安徽銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司，安徽 銅陵 244000）

銅陵有色公司作為國家循環(huán)經(jīng)濟首批試點單位，以選銅尾礦硫鐵資源為原料，以循環(huán)經(jīng)濟理念為指導，以先進技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，進行硫鐵化工產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計和新建項目空間布局，投資建設(shè)了銅陵有色循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)園，整個園區(qū)主要集聚了銅陵有色的化工、能源、物流等產(chǎn)業(yè)，重點項目包括年產(chǎn)80萬噸硫酸、年產(chǎn)120萬噸鐵球團等已經(jīng)建成。銅冠冶化分公司是循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)園的主體單位，注重培育科研開發(fā)和自主創(chuàng)新能力。已與國內(nèi)多所高校和科研單位合作，就園區(qū)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟關(guān)鍵鏈接技術(shù)進行聯(lián)合攻關(guān)，并建立了研發(fā)基地，積極探索資源綜合利用新工藝和能量梯級利用新途徑，推動循環(huán)經(jīng)濟向縱深發(fā)展。公司已有多項科技成果獲得國家、省部級獎勵，擁有數(shù)項技術(shù)專利。公司實施“規(guī)模適度、特色鮮明、環(huán)境友好、效益顯著”的戰(zhàn)略方針，已經(jīng)成為國內(nèi)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的樣板和典范。

1 系統(tǒng)概述

公司80萬噸/年硫酸項目中所配置的DCS系統(tǒng)選用了美國HONEYWELL公司最新的知識管理系統(tǒng)（Experior～PKS～System）。該系統(tǒng)對各裝置中現(xiàn)場設(shè)備的被測數(shù)據(jù)進行采集，并可根據(jù)用戶需要進行數(shù)據(jù)處理及多種控制。

系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，連接所有人機接口（HMI）、過程控制站以及安全管理控制器等節(jié)點，完成高速、容錯通訊功能，采用遵循IEEE802.3工業(yè)標準協(xié)議的冗余實時控制網(wǎng)，通訊速率為10/100MB；下層為I/O網(wǎng)，連接著控制器與I/O模件。系統(tǒng)按用戶要求采用220V，50Hz交流電源。

系統(tǒng)設(shè)置1個工程師站（全裝置專用），采用冗余服務(wù)器的配置，用于修改控制策略，完成系統(tǒng)功能組態(tài)等。工程師站設(shè)置有組態(tài)軟件保護密碼，以防一般人員擅自修改控制策略、應(yīng)用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。全廠共設(shè)置5臺操作員站（其中硫酸主控制室配置3臺操作員站，余熱發(fā)電控制室配置2臺操作員站），對整個工藝流程進行監(jiān)視、操作，也可組態(tài)定義虛擬工作區(qū)，實施分區(qū)操作。其基本功能包括顯示系統(tǒng)總貌，分組顯示、回路顯示、報警顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、用戶定義的生產(chǎn)流程動態(tài)顯示、相關(guān)參數(shù)顯示等。

系統(tǒng)過程控制站采用具有很高性能價格比的混合控制器C200，CPU設(shè)計采用 Power PC 603e 100MHz處理器，每個控制器可帶64塊I/O模件，可同時完成500個以上回路控制和達到50ms快速邏輯處理（最快可達5ms）功能。本方案配置的過程控制站及遠程I/O站組成過程控制級，分別完成對各裝置的數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序邏輯控制（SCS）等。輸入輸出處理器（IOP）和現(xiàn)場接線端子板（FTA）可對現(xiàn)場信號進行掃描和處理。多種類型IOP包括高電平模擬量輸入卡（HLAI）、模擬量輸出卡（AO）、開關(guān)量輸入卡（DI）、開關(guān)量輸出卡（DO）等，分別對相應(yīng)信號進行采集和處理。每個IOP都有CPU，可以獨立工作，而與控制功能的處理完全分開。這樣就保證了較高的采樣速率，同時發(fā)揮控制器最大控制能力。可對每個通道智能自診斷，輸入短路、開路、超量程等進行檢查。

2 PKS系統(tǒng)硬件配置說明

2.1 系統(tǒng)配置圖：

圖1 系統(tǒng)配置圖

2.2 DCS系統(tǒng)配置描述

控制器根據(jù)I/O點表要求，PKS系統(tǒng)分散處理系統(tǒng)在硫酸控制室、余熱及焙燒控制室各配置一對冗余控制器，整個系統(tǒng)電源和通訊接口均為冗余配置。

控制站的I/O系統(tǒng)已配置了30%的備用點和10%的插槽空間。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)視平臺

PKS系統(tǒng)用容錯以太網(wǎng)架構(gòu)組成單一的FTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)通訊模件，是1：1冗余的，并且可以接受雙路外供電以保證其可靠性。

人機接口的配置按招標技術(shù)規(guī)范要求配置如下：

2.3.1 工程師站

系統(tǒng)的工程師站采用冗余配置2臺服務(wù)器，以保證系統(tǒng)的高可靠性，服務(wù)器均采用DELL計算機，操作系統(tǒng)為Windows2003。

2.3.2 操作員站

系統(tǒng)共配置5個操作員站，分別為硫酸主控制室3臺，余熱發(fā)電控制室2臺。

2.3.3 外圍設(shè)備

系統(tǒng)配置2臺UPS電源，分別在硫酸主控制室（5KVA）、余熱發(fā)電及焙燒控制室（15KVA）。

2.4 機柜配置

PKS機 柜 規(guī) 格 為： 高×寬×深 =2200mm×800mm×800mm，前后開門。

2.5 通訊網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備

2.5.1 過程控制局域網(wǎng)

ExperionPKS系統(tǒng)的過程控制網(wǎng)絡(luò)采用FTE控制網(wǎng)絡(luò)來連接所有的控制站和I/O站。FTE支持過程管理/過程控制（控制器與HMI之間）、點到點和I/O網(wǎng)絡(luò)的通信。通過冗余通訊或非冗余通信介質(zhì)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達到100/1000Mbits/s。傳輸介質(zhì)是光纖和STP（屏蔽雙絞線）銅質(zhì)電纜。

2.5.2 網(wǎng)絡(luò)負荷計算

對每個FTE接口模件的缺省的NUT（網(wǎng)絡(luò)刷新時間）的設(shè)置如下：

NUT Time = 10000 microseconds

Smax = 1

UMax = 20

Number of Repeaters = 0

Cable Length = 1000 Meters

Cable Usage = A+B

2.5.3 PC機接口

ExperionPKS 系統(tǒng)配置了一個網(wǎng)絡(luò)通訊接口ODA（開放數(shù)據(jù)存取），通過該接口，網(wǎng)絡(luò)上的其他的計算機可以讀取ExperionPKS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

ODA開放式數(shù)據(jù)存取功能：當?shù)谌綉?yīng)用從ExperionPKS 服務(wù)器中請求數(shù)據(jù)時，要使用ODA選項。例如：

－通過EXCEL讀取數(shù)據(jù)

－從ACCESS數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行SQL語言

－其它的PlantScape系統(tǒng)請求數(shù)據(jù)

－OPC客戶機請求數(shù)據(jù)

－用戶的程序從PlantScape數(shù)據(jù)庫取得數(shù)據(jù)

ODA 三個主要的選項如下：

（1）ODBC驅(qū)動選項：可以在其它應(yīng)用，如ACCESS中使用SQL語言獲取服務(wù)器的數(shù)據(jù)。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫包括只讀的ODBC表，包括點，事件歷史和過程歷史。其特性包括：

－開放的實時和歷史數(shù)據(jù)讀取

－數(shù)據(jù)流量控制，避免影響性能

－冗余數(shù)據(jù)源

－完全的性能

（2）OPC服務(wù)器：ExperionPKS OPC服務(wù)器允許第三方OPC客戶應(yīng)用讀/寫ExperionPKS 點參數(shù)。OPC服務(wù)器基于HONEYWELL的HCI服務(wù)器工具，和OPC V1.0。

（3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：此選項提供基于網(wǎng)絡(luò)訪問ExperionPKS 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，

如：EXCEL 數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口和網(wǎng)絡(luò)API選項

－MICROSOFT EXCEL數(shù)據(jù)交換允許從EXCEL獲取ExperionPKS 的實時或歷史數(shù)據(jù)。此選項可以讀寫一個或多個ExperionPKS 數(shù)據(jù)庫。且提供報表工具等.

－網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口允許ExperionPKS 服務(wù)器可以讀寫其它ExperionPKS 服務(wù)器的數(shù)據(jù)。

通過網(wǎng)絡(luò)API可以從網(wǎng)絡(luò)其它應(yīng)用訪問ExperionPKS服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。通過C++或VISUAL BASIC獲取ExperionPKS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

2.5.4 PC機接口廠管理網(wǎng)

Experion PKS系統(tǒng)通過以太網(wǎng)絡(luò)與工廠管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過SQL 語言來查詢Experion PKS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

2.5.5 電纜及連接配件

FTE控制網(wǎng)絡(luò)電纜及以太網(wǎng)通訊電纜均隨Experion PKS系統(tǒng)一起供貨。Experion PKS系統(tǒng)各設(shè)備之間的連接電纜和所用接插件也隨Experion PKS系統(tǒng)一起供貨，并留有足夠的長度。Experion PKS系統(tǒng)的內(nèi)部電源系統(tǒng)電纜也隨ExperionPKS系統(tǒng)一起供貨。各控制柜之間跨盤線均采用預制電纜。

表1 DCS數(shù)據(jù)表

硫酸主控制室與余熱發(fā)電控制室的操作站之間采用光纖方式通訊，速率100M。

2.5.6 交換機及集線器（HUB）配置

硫酸主控制室及余熱發(fā)電控制室各配置2臺交換機用于DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，交換機采用CISCO品牌產(chǎn)品。

2.6 軟件配置

全部軟件采用正版軟件。

2.6.1 操作系統(tǒng)及工具軟件

ExperionPKS系統(tǒng)配備有全套的操作系統(tǒng)軟件，采用Windows 2003 操作系統(tǒng)。在系統(tǒng)服務(wù)器上（工程師站）配備有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Sever，電子表格Excel、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等應(yīng)用軟件及工具軟件。

2.6.2 工程組態(tài)軟件

ExperionPKS系統(tǒng)配有工程組態(tài)軟件包括：Control Builder（控制策略組態(tài)軟件），Quick Builder（數(shù)據(jù)庫管理軟件），HMIWeb Display Builder（用戶流程畫面生成工具），Knowledge Builder（用戶資料組態(tài)工具）等。對Control Builder 具備在線修改和下裝組態(tài)的功能，當一個或部分程序修改和下裝時，不影響其他已在控制器的程序的運行。組態(tài)軟件除在工程師站上一套外，在其他五套操作員站上也可運行組態(tài)軟件。

2.7 DCS數(shù)據(jù)表

3 結(jié)束語

公司硫酸車間自應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)以來，硫酸生產(chǎn)運行狀況良好，達到了預期設(shè)計目標，同時也充分發(fā)揮了該系統(tǒng)操作管理便捷、控制功能豐富、信息資源共享、安全可靠性高等的優(yōu)點。硫酸DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用大大減少了工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，精確調(diào)節(jié)硫酸產(chǎn)品的品質(zhì)。實踐證明該系統(tǒng)對硫酸的穩(wěn)定生產(chǎn)發(fā)揮了巨大的作用。