淺談CENTUM VP系統的應用與維護

屈 竹，楊 明，袁 飛

(1.四川瀘天化股份有限公司，四川 瀘州 646300；2.貴州茅臺酒股份有限公司，貴州 遵義 563000)

引言

目前某公司主廠區合成氨裝置與尿素裝置采用的集散控制系統均為日本橫河公司(YOKOGAWA)的CENTUM VP系列產品，以提高合成氨與尿素生產過程的自動控制水平。CENTUM VP是橫河電機綜合生產控制系統系列的第九代產品，具有直觀的人機界面，大容量現場控制站能夠更加快速無誤地處理數據，CPU的冗余容錯配置能夠確保可用性高達99.999%的連續操作。CENTUM VP是一個高度可靠的平臺，為系統操作員綜合提供智能儀表診斷和子系統數據，其簡單而通用的架構，由人機界面、現場控制站和控制網絡構成，可以抵御網絡威脅，還增強了對HART通信協議的支持[1]。不僅支持連續和批量處理過程控制，而且支持生產操作管理。

1 CENTUM VP系統架構

CENTUM VP系統構成可以分為三個部分：

HIS：操作站，操作員對過程參數、設備狀態、信息報警進行監視和操作。

FCS：控制站，完成I/O信號處理、模擬量調節、邏輯運算，實現對化工生產過程的控制。

EWS：工程師站，用于設計組態、仿真調試、下裝與實時操作監視[2]。

CENTUM系統架構如圖1所示。具體內容包括域、操作站、控制站、PRM、OPC等，連接網絡包括Vnet/IP、BUS1、BUS2。一個標準控制站通過BUS1和BUS2連接到Vnet/IP實時控制網絡，再通過Vnet網絡與其它外設進行通訊。每一個系統最多可以建立16個域；每一個域最多可以建立64個站(其中最多可以建立16個操作站)，當域達到64站的最大限度時，連接兩個域使用總線轉換器BCV；每一個系統最多可以建立256個站。

圖1 CENTUM VP系統架構圖

2 CENTUM VP硬件配置

2.1 硬件組態

一個域最多可以組建64個站(包括FCS工程師站和HIS操作員站總和)，一個控制站最多可以組建14個NODE，其中每一個NODE有且只有12個槽位，所插卡件需要與硬件組態一一對應；第一個NODE槽位1-6可以組建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、轉速卡件等，第一個NODE槽位7～8為EC401節點連接卡件(冗余并且不需要撥碼)，9～10槽位為CP控制器(冗余并且需要撥碼)，11～12槽位為電源(冗余)。

第二個NODE至第十四個NODE，每一個NODE槽位1-8可以組建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、轉速卡件等，9～10槽位為SB401節點連接卡件(冗余并且需要進行撥碼操作，遵循奇校驗，以第二個NODE為例直接撥碼為2)，11～12槽位為電源模塊。注意事項：EC401和SB401卡件均不用進行硬件組態，硬件自動識別。如圖2所示為擴展節點，即第二個節點示意圖。

圖2 擴展節點

2.2 電纜連接

卡件連接電纜為KS電纜，注意區分KS電纜上的銘牌含義：FCS0101表示1#域的1#控制站；N1表示NODE1，即第一個節點；S6表示卡槽為6的卡件；TEC01表示系統柜；TPA02表示卡件端子板位號；TM2表示接線端子，對應CN3、CN4電纜槽位，TM1表示接線端子，對應CN1、CN2電纜槽位。

以某公司合成車間FIO系列AAI143-H50卡件(16通道)為例詳細說明信號在CENTUM VP系統中的走向：現場4～20 mA 電流信號通過電纜連接到TEC01機柜的TPA02端子TM1CN1的1A、1B端子；通過KS電纜連接FCS0101(1#域1#控制站)的N2(第二個節點NODE)S1(第一塊卡件)；再通過BUS1和BUS2連接到交換機(單模)，將處理后的信號通過交換機傳送到工程師站，進行運算控制。

2.3 通訊配置

橫河CENTUM VP控制網絡Vnet/IP是一種符合IEEE802.3或IEC 61 784-ED 2.0標準的以太網，可提供1Gbpb帶寬的冗余網絡[3]。注意IP設定規則：BUS1-172.16.域號.站號；BUS2-192.168.(128+域號).(129+站號)。當CENTUM VP作為主站需要與其它從站外設進行通訊時，需要使用通訊卡件ALR121(支持RS-422/RS-485串行通訊接口)，某公司尿素二裝置DCS系統與CO2壓縮機組綜合控制系統CCS正是采用ALR121卡件進行通訊。

在通訊設置中各項定義說明如下：

Buffer area ：針對本塊 ALR121 所存儲的總數據大小。

Program Name：MODBUS 通訊模塊的安裝位置。

Size：所選數據類型的數據長度，以“ Words”即16位為單位進行分配，范圍為1～126。

Port：端口號，MODBUS有兩個端口，設置1或2。端口配置如圖3所示。

圖3 通訊端口配置

圖4 通訊組態

IP Address：IP 地址(適用于 Ethernet)。

Station：從站設備的地址。范圍為：0～32 的數字(對從站設備進行識別)。

Device&Address：從站設備數據保存的內存地址。

Data Type：數據類型，需和從站數據類型一致。

3 CENTUM VP軟件配置

CENTUM VP采用Control Drawing圖進行軟件設計與組態，具體組態內容包括控制站組態、操作站組態、流程圖組態等[4]。下文重點對某公司在合成氨工藝生產中應用到的典型控制方案進行說明。

3.1 單回路PID

單回路控制系統，輸入被控變量FI-D521A，輸出操縱變量FV-D521A，這是生產過程自動化中最基本、使用頻率最多的控制方案。圖5所示為一個常用的流量控制方案。

圖5 流量PID調節回路

3.2 串級回路

控制回路中輸入被控變量FI-D521B、FI-D521C，輸出操縱變量FV-D521C，圖6所示為串級控制方案。

圖6 PID串級回路

3.3 分程控制

控制回路中輸入被控變量PI-1515，輸出操縱變量PV-1515A、PV-1515B，圖7所示為分程控制方案。其中MLD-SW為手動操作模塊。

圖7 SPLIT分程控制回路

3.4 CALCU運算功能塊

CALCU功能塊靈活性很高，可以滿足化工生產中的常見邏輯運算需求。使用文本語句組態，以圖8所示進行說明：PVI2設定HH高高報警為80，LL低低報警為20，通過ALIAS聲明D變量為{PVI2.ALRM.HH}即PVI2高高報警狀態位，聲明E變量為{PVI2.ALRM.LL}即PVI2低低報警狀態位。實現功能：當D為1，即PVI2的PV值大于80時，SW-002為0即電磁閥斷電；當E為1，即PVI2的PV值小于20時，PVI2.PV輸出為PVI2.PV+1。

圖8 CALCU運算功能塊

4 CENTUM VP系統維護與注意事項

4.1 使用SIO-21模塊需要注意：SIO-21.PV為0表示閥門關閉，SIO-21.PV為2表示閥門打開，SIO-21.PV為1表示模塊未接收到任何位置反饋，SIO-21.PV為PERR則表示同時接收到了開位置與關位置的反饋信號。

4.2 網卡驅動與操作員鍵盤的驅動需要在YOKOGAWA LICENSE中添加對應的授權。

4.3 CENTUM VP系統所有涉及到撥碼的卡件都應當遵循奇校驗。

4.4 數字量閥門必須在自動模式下(MODE.AUT)，才能夠在順控程序中調用。

4.5 工程文件的備份，如圖9所示，首先選擇工程項目，右鍵Tools，Tuning parameters Saving，選擇需要備份的控制站，點擊Tuning parameters Save則可以將控制器中的參數上載到組態軟件中，確保在生產過程中調整過的PID、報警值等數據準確保存；然后右鍵Tools，Set Backup，設置Backup destintion備份保存路徑。

圖9 工程備份

5 結束語

CENTUM VP控制系統靈活、穩定并且易操作，自某公司合成裝置DCS系統升級改造后良好運行至今，為某公司的自動控制水平不斷提高打下堅實的基礎。希望對大家有一定的啟發作用。