DCS控制系統在80萬噸/年硫酸生產上的應用

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經濟首批試點單位，以選銅尾礦硫鐵資源為原料，以循環經濟理念為指導，以先進技術提升傳統產業，進行硫鐵化工產業鏈設計和新建項目空間布局，投資建設了銅陵有色循環經濟工業園，整個園區主要集聚了銅陵有色的化工、能源、物流等產業，重點項目包括年產80萬噸硫酸、年產120萬噸鐵球團等已經建成。銅冠冶化分公司是循環經濟工業園的主體單位，注重培育科研開發和自主創新能力。已與國內多所高校和科研單位合作，就園區內循環經濟關鍵鏈接技術進行聯合攻關，并建立了研發基地，積極探索資源綜合利用新工藝和能量梯級利用新途徑，推動循環經濟向縱深發展。公司已有多項科技成果獲得國家、省部級獎勵，擁有數項技術專利。公司實施“規模適度、特色鮮明、環境友好、效益顯著”的戰略方針，已經成為國內發展循環經濟的樣板和典范。

1 系統概述

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

系統采用工業以太網網絡，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點，完成高速、容錯通訊功能，采用遵循IEEE802.3工業標準協議的冗余實時控制網，通訊速率為10/100MB；下層為I/O網，連接著控制器與I/O模件。系統按用戶要求采用220V，50Hz交流電源。

系統設置1個工程師站（全裝置專用），采用冗余服務器的配置，用于修改控制策略，完成系統功能組態等。工程師站設置有組態軟件保護密碼，以防一般人員擅自修改控制策略、應用程序和系統數據庫。全廠共設置5臺操作員站（其中硫酸主控制室配置3臺操作員站，余熱發電控制室配置2臺操作員站），對整個工藝流程進行監視、操作，也可組態定義虛擬工作區，實施分區操作。其基本功能包括顯示系統總貌，分組顯示、回路顯示、報警顯示、系統狀態顯示、用戶定義的生產流程動態顯示、相關參數顯示等。

系統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據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序邏輯控制（SCS）等。輸入輸出處理器（IOP）和現場接線端子板（FTA）可對現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）、開關量輸入卡（DI）、開關量輸出卡（DO）等，分別對相應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系統硬件配置說明

2.1 系統配置圖：

圖1 系統配置圖

2.2 DCS系統配置描述

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

控制站的I/O系統已配置了30%的備用點和10%的插槽空間。

2.3 系統監視平臺

PKS系統用容錯以太網架構組成單一的FTE系統網絡，所有網絡通訊模件，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規范要求配置如下：

2.3.1 工程師站

系統的工程師站采用冗余配置2臺服務器，以保證系統的高可靠性，服務器均采用DELL計算機，操作系統為Windows2003。

2.3.2 操作員站

系統共配置5個操作員站，分別為硫酸主控制室3臺，余熱發電控制室2臺。

2.3.3 外圍設備

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

2.4 機柜配置

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

2.5 通訊網絡及設備

2.5.1 過程控制局域網

ExperionPKS系統的過程控制網絡采用FTE控制網絡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網絡的通信。通過冗余通訊或非冗余通信介質，數據傳輸速率最高可達到100/1000Mbits/s。傳輸介質是光纖和STP（屏蔽雙絞線）銅質電纜。

2.5.2 網絡負荷計算

對每個FTE接口模件的缺省的NUT（網絡刷新時間）的設置如下：

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 系統配置了一個網絡通訊接口ODA（開放數據存取），通過該接口，網絡上的其他的計算機可以讀取ExperionPKS 系統中的數據。

ODA開放式數據存取功能：當第三方應用從ExperionPKS 服務器中請求數據時，要使用ODA選項。例如：

－通過EXCEL讀取數據

－從ACCESS數據庫中執行SQL語言

－其它的PlantScape系統請求數據

－OPC客戶機請求數據

－用戶的程序從PlantScape數據庫取得數據

ODA 三個主要的選項如下：

（1）ODBC驅動選項：可以在其它應用，如ACCESS中使用SQL語言獲取服務器的數據。服務器數據庫包括只讀的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據讀取

－數據流量控制，避免影響性能

－冗余數據源

－完全的性能

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

（3）網絡服務器：此選項提供基于網絡訪問ExperionPKS 服務器數據庫的應用，

如：EXCEL 數據交換，網絡節點接口和網絡API選項

－MICROSOFT EXCEL數據交換允許從EXCEL獲取ExperionPKS 的實時或歷史數據。此選項可以讀寫一個或多個ExperionPKS 數據庫。且提供報表工具等.

－網絡節點接口允許ExperionPKS 服務器可以讀寫其它ExperionPKS 服務器的數據。

通過網絡API可以從網絡其它應用訪問ExperionPKS服務器數據庫。通過C++或VISUAL BASIC獲取ExperionPKS 系統的數據。

2.5.4 PC機接口廠管理網

Experion PKS系統通過以太網絡與工廠管理網絡互聯，通過SQL 語言來查詢Experion PKS系統數據庫中的數據。

2.5.5 電纜及連接配件

FTE控制網絡電纜及以太網通訊電纜均隨Experion PKS系統一起供貨。Experion PKS系統各設備之間的連接電纜和所用接插件也隨Experion PKS系統一起供貨，并留有足夠的長度。Experion PKS系統的內部電源系統電纜也隨ExperionPKS系統一起供貨。各控制柜之間跨盤線均采用預制電纜。

表1 DCS數據表

硫酸主控制室與余熱發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電控制室各配置2臺交換機用于DCS系統數據采集，交換機采用CISCO品牌產品。

2.6 軟件配置

全部軟件采用正版軟件。

2.6.1 操作系統及工具軟件

ExperionPKS系統配備有全套的操作系統軟件，采用Windows 2003 操作系統。在系統服務器上（工程師站）配備有數據庫管理系統SQL Sever，電子表格Excel、網絡管理軟件等應用軟件及工具軟件。

2.6.2 工程組態軟件

ExperionPKS系統配有工程組態軟件包括：Control Builder（控制策略組態軟件），Quick Builder（數據庫管理軟件），HMIWeb Display Builder（用戶流程畫面生成工具），Knowledge Builder（用戶資料組態工具）等。對Control Builder 具備在線修改和下裝組態的功能，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軟件。

2.7 DCS數據表

3 結束語

公司硫酸車間自應用DCS控制系統以來，硫酸生產運行狀況良好，達到了預期設計目標，同時也充分發揮了該系統操作管理便捷、控制功能豐富、信息資源共享、安全可靠性高等的優點。硫酸DCS控制系統的應用大大減少了工人的勞動強度，提高勞動生產率，精確調節硫酸產品的品質。實踐證明該系統對硫酸的穩定生產發揮了巨大的作用。