Honeywell DCS C200控制系統在青島鋼鐵空分設備的應用

2013/5/8 9:56:11

HoneywellPlantscapeDCS C200控制系統在青鋼空分設備的應用

楊海哲

（青島鋼鐵氣體有限公司，青島市遵義路5號 266043）

摘要：描述了Honeywell公司Plantscape Process DCS C200控制系統在青島鋼鐵10000m3/h及15000m3/h空分設備上的應用，并詳細介紹此DCS組成和功能，軟件結構及應用和體會。

關鍵詞：空分設備，DCS控制系統，組成，功能，應用

Application of Honeywell Plantscape Process DCS system in 10000m3/h &15000m3/h ASU

Yang Hai-zhe

(Gas producing CO.,Ltd.of Qingdao Iron and Steel Group Inc.,5 Zunyi Road,Qingdao 266043,Shandong,P.R.China)

Abstract:The paper presents the application of Honeywell PlantscapeProcess 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控制系統是Honeywell 公司推出的面向中小型過程應用和設備集成控制的開放型控制系統，它具備DCS的復雜模擬回路調節能力，友好的人機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空分系統采用Honeywell Plantscape Process DCSC200 控制系統，以實現對兩套空分設備的有效監控。整套系統具備高速的靈活性和極好的擴展性。

1.PlantscapeProcess DCS C200控制系統的組成和功能

我廠Plantscape Process DCS C200控制系統有三部分組成，即數據通訊系統，分散處理系統和人機接口。控制系統的拓撲架構十分明晰，見圖一。

圖一

數據通訊系統有工業控制網（CONTROLNET）和以太網（ERHERNET）組成。我廠工藝監控的I/O點每套空分大約為400點，CONTROLNET網上連接一對冗余控制器（C200）和幾套I/O機架就可以很好的完成自動化監控方案的實施。而網絡通訊介質為常規的75歐姆同軸電纜，通訊速率為5MB/秒。該網絡除了與國際標準的通訊協議兼容外，還在過程控制應用的安全方面對這些協議作了很大的加強。因為CONTROLNET網絡的最大通訊距離可達3000米，并且是一個十分安全的控制網絡。為此，在我廠位置偏遠的15000m3/h空分主控室建立一個10000m3/h空分操作站，通過光纖實現數據傳輸，通過網絡集線器建立一個操作站，并為下一步實現兩套空分的集中監控打下基礎。而ETHERNET網絡則是Plantscape系統中的數據管理網絡，在ETHERNET網上可連結人機接口和各類網絡設備，如：工程師站，操作員站，數據通訊服務器，打印機等。該網絡的通訊速率為10MB/秒。它是一個標準的開放型網絡。現在的計算機大部分設有千兆自適應網卡，很簡單的實現掛接ETHERNER網絡設備。同時網絡中所有的設備及配置均為WindowsNT和Windows2000支持。因此保證了數據的正常傳送，同時保證了設備的互換性，降低了設備的成本。為了更進一步保障設備的安全連續運轉，在我們的兩套空分設備中，CONTROLNET和ETHERNET網絡均為冗余配置。

分散控制系統采用 C200冗余控制器一對。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：測量值運算，常規調節控制，邏輯控制，順序控制等。所有的控制功能采用組態的方式按功能塊單獨進行。每個功能塊可以獨立組態，獨立上傳或下裝，獨立調試。提高了系統的運行和維護的方便性。

人機接口包括：工程師站一臺，操作員站一臺，打印機兩臺，工程師站，操作員站均由WINDOWS NT或WINDOWS2000作為操作平臺，內裝Honeywell Plantscape系統軟件。它包括：數據庫軟件，冗余數據庫軟件，工程師和操作員運行軟件等。

2.系統軟件結構

我廠兩套空分操作系統分別采用WINDOWSNT4.0和WINDOWS2000，它們已實現全面界面漢化，便于運行人員和系統工程師快速掌握系統的操作和維護。在操作站上的每組調節畫面具有8個過程變量顯示。每個變量均提供點細節信息。包括：測量值，上下限報警值，掃描時間，操作方式等。變量可實時組態。同時每組趨勢具有8個過程變量，6組顯示方式，包括：趨勢圖顯示，棒狀圖顯示，數值顯示，X-Y方式顯示等。過程變量可實時修改。系統提供圖形庫，不僅豐富了操作站的工藝流程監控畫面，而且給工藝流程圖的繪制與組態提供了強有力的支持。同時可以實現三維圖形顯示畫面，采用對象鏈接和嵌入技術的運行畫面，報警顯示畫面，系統監控畫面，系統維護畫面等，考慮到計算機系統運行的穩定性，在工藝流程組態方面沒有做的太復雜，按照簡潔，易于監控維護的原則進行。

同時系統支持多媒體技術，可以實現語音報警等特殊的技術要求。并且提供圖形化的應用開發界面給高級應用帶來方便。

3系統設備的基本功能

3.１工程師站功能

用于程序開發，系統診斷，控制系統組態，數據庫和畫面的編輯及修改。生產任何顯示畫面和趨勢圖等，并能通過通訊總線加載到操作員站。能調出系統中任一已定義的系統顯示畫面進行修改等工作。同時通過通訊總線，可調出系統內任一分散處理單元的系統組態和有關數據。可將組態數據從工程師站上下載到各分散處理單元和操作員站。此外，當重新組態的數據被確認后，系統能自動刷新其內存。具有對DCS系統的運行狀態進行監控的功能。包括各控制站的運行狀態，各操作站的運行狀態，各級網絡通訊情況等方面的監控。具有在線組態功能，如：上下限的修改，控制參數的調整，對現場I/O站的直接操作，對某I/O點的強制以及在線改變控制算法等。具有在線顯示組態圖上所有輸入輸出，中間量點數值。工程師站設置操作保護密碼，以防一般人員擅自改變控制策略，應用程序和數據庫等。

3.2 操作員站功能

監視系統內每一個模擬量和數字量，顯示并確認報警，顯示操作指導，建立趨勢畫面并獲得趨勢信息，打印報表，控制驅動裝置，自動和手動控制方式的選擇，調整過程設定值和偏置等。

3.3 控制器功能

調節控制功能：常規PID控制，串級PID控制，帶前饋PID控制等。數據處理功能：數據采集，線性化處理，開方運算等。邏輯聯鎖功能：位運算，字運算，定時器，計數器，觸發器等。順序控制功能，設備控制功能，I/O通道運算功能.

3.4 I/O模件

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

3.5 數據通訊系統

數據通訊系統是將分散處理單元，輸入/輸出處理系統及工程師站和操作員站聯接起來，以保證可靠和高效的系統通訊。連接到數據通訊系統上的任一系統或設備發生故障，不會導致系統癱瘓或影響其他聯網系統和設備的工作。通訊系統的故障不會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）。冗余的數據通訊總線在任何時候都同時工作。CONTROLNET通訊速度為5Mbit/S，通訊距離3000米。ETHERNET網絡通訊速度為10Mbit/S，通訊距離300米。掛在數據通訊總線上的所有站，都能接受數據通訊總線上的數據，并可向數據總線發送數據。數據通訊協議包括CRC（循環冗余校驗），奇偶校驗碼等，以檢測通訊誤差并采取相應的保護措施，確保系統通訊的高度可靠性。

4．軟件的應用

我廠Plantscape ProcessDCS軟件版本為R320&R400, 運行在WINNT或WINDOWS2000操作系統。軟件提供圖形化組態界面可以實現在線修改，分布投運。并且下裝時自動生成數據庫，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器，工程師站，操作站，打印機，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現工藝監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控制的一個實例。

圖二

同樣，作為順序邏輯控制最為復雜的分子篩控制系統，和其他控制策略的生成一樣，（如圖三）從CONTROL BUILDER的LIBRARY調用相應的功能塊，主要是HANDLER，STEP，TRANSITION功能塊，同時對各個功能塊進行連接，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行時間，并且要求程序暫停時記錄當前步執行的時間，本套DCS提供的功能塊圖中計時器種類多，功能各不相同，利用相應功能塊定義時間計數器，使得操作員能夠修改分子篩切換的各個步驟的時間，同時，作為安全工藝要求，有些步驟的時間都有一定的限制，以符合工藝生產的需要。

圖三

4.4 KnowledgeBuilder

Knowledge Builder是提供軟件功能應用幫助的工具，它可以單獨運行與WINDOWS IE5.0以上的環境，方便快捷查找各種說明，給工程技術人員很大的幫助和方便。

5.應用過程中的注意事項與體會

Plantscape Process DCS C200硬件系統組成結構比較清晰，I/O卡件規格比較統一，易于升級改造和日常維護。軟件系統易于組態，易于使用，易于擴展。我廠實際應用采用全冗余配置，使控制系統具有高度的可靠性，系統內任一組件發生故障，均不影響整個系統的工作。機柜內卡件的插拔均具有導軌和連鎖，可避免造成損壞或引起故障。I/O卡件的編址不受機柜內插槽位置的影響。在機柜內任何插槽位置上都能執行其控制功能。同時此系統CPU模件為多CPU結構，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子系統的接口控制，提高了系統的可靠性。并且CPU模件為全封閉結構，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。另外CPU以容錯方式工作，當某一處理器模件故障，不影響其他處理器模件的正常運行。即使數據通訊總線故障時，處理器模件也能繼續運行。所以對系統中的某個處理器模件的程序修改，切除或恢復投運均不影響其他處理器模件的正常運行。而作為控制系統最為核心的控制器因為采用了冗余配置，一旦某個工作的處理器模件發生故障，系統將自動的以無擾方式，快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站上報警及打印輸出。同時冗余配置的處理器模件采用獨立的通訊接口與系統連接，能接受系統對它們的組態及其組態修改。后備狀態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，數據整定，數字化輸入/輸出，線形化，熱電偶冷端補償，過程點質量判斷，工程單位換算，信號濾波等功能。因此可防止因壞點引起的誤動作。而模擬量輸入卡件在每次掃描中都對輸入信號進行信號超限檢測，熱電偶開路檢測和信號的壞值檢測。所有接點輸入模件都具有防抖動濾波處理。如果輸入接點信號在4毫秒之后仍抖動，模件不接受該接點信號。系統設計中檢測模擬量輸出卡件的狀態，一旦測試出現故障，將保持執行機構的位置不動。我廠DCS的操作員站和工程師站采用臺式DELL計算機，DCS系統具設有完善的病毒防火墻措施，可有效的防止計算機病毒的侵害。自2002年投產以來，兩套控制系統運行正常，很好的完成了10000m3/h及15000m3/h空分的生產監控任務。另外利用Honeywell Plantscape Process DCS C200 控制系統軟件的自身可擴展性，通過軟件組態完全實現氧氣，氮氣，氬氣輸送的自動控制。而且在我廠生產調度室增加一臺DCS操作站,更好的完成了全廠的生產監控和協調任務。當然，Plantscape Process DCS C200控制系統在實際生產過程中也曾經出現過操作站之間的小小的通訊故障，系計算機網卡的兼容性不是很理想，操作人員只需要根據系統提示重試連接或重新登陸一下即可解決。與進口壓縮機組控制系統通訊存在干擾嚴重現象，系我廠通訊電纜和控制電纜敷設在一起造成。另外，在15000m3/h空分系統中，進口英格索蘭氮壓機和COOPER壓縮機采用RS485通訊共用一套FTA，SIM卡件通訊數據時有中斷，后增加一套FTA，問題徹底解決。其他運行狀況良好。