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　　摘 要：介紹北京和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)的SmartPro MACS HI型DCS系統(tǒng)在格靈化工硫酸裝置中的應(yīng)用。DCS系統(tǒng)包括硬件組成、軟件設(shè)計(jì)及控制功能實(shí)現(xiàn)。該控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制精度高。在提高生產(chǎn)裝置自動(dòng)化水平的同時(shí)，使硫酸產(chǎn)品質(zhì)量提高，生產(chǎn)成本大幅度降低。

　　關(guān)鍵詞：硫酸裝置；SmartPro軟件；集散控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

　　我國(guó)各個(gè)硫酸裝置因規(guī)模、原料、工藝、投資等不同差別較大，給工藝參數(shù)的檢測(cè)、控制方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施帶來(lái)不少困難，因此很難做到控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。硫酸生產(chǎn)過(guò)程的腐蝕性對(duì)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)材質(zhì)要求十分苛刻，也給硫酸生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及推廣帶來(lái)一定的困難。

　　近年來(lái)，隨著電子及控制技術(shù)的高速發(fā)展，我國(guó)硫酸生產(chǎn)自動(dòng)化水平已有很大提高，各裝置對(duì)自動(dòng)化水平和儀表的要求也越來(lái)越高。從根本上說(shuō)，就是要求提高儀表及自動(dòng)化水平，及時(shí)準(zhǔn)確地反映工藝參數(shù)的變化，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的精確控制。

　　由于客觀原因，當(dāng)前我國(guó)不少硫酸企業(yè)的運(yùn)作受到資金的束縛，此外，裝置自動(dòng)化水平還涉及到企業(yè)的管理水平，所以裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須針對(duì)具體情況綜合考慮。以下筆者將就南京格靈化工有限公司硫酸廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)格靈化工硫酸廠）一套基于SmartPro的DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況作一介紹。

　　1 DOG系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　DCS即集散控制系統(tǒng)，又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中檢測(cè)、操作、管理和分散控制的一種成熟的高級(jí)控制技術(shù)。格靈化工硫酸廠選用DCS系統(tǒng)時(shí)考慮到以下兩個(gè)因素：

　　a．國(guó)外計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏大，投資也偏高。國(guó)外計(jì)算機(jī)公司對(duì)電廠、大型化工企業(yè)比較重視，服務(wù)較好，但對(duì)中、小型化肥廠不太重視，一般由國(guó)內(nèi)代理公司負(fù)責(zé)處理，因此技術(shù)、服務(wù)都相對(duì)較差。

　　b．隨著技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)廠商有較大發(fā)展，特別對(duì)中小用戶(hù)而言其技術(shù)已完全成熟，而且服務(wù)和價(jià)格都有較大優(yōu)勢(shì)。

　　基于以上考慮，格靈化工硫酸廠最終選用了北京和利時(shí)公司的SmartPro MACSⅢ型DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)在硫酸和其它行業(yè)已有大量成功經(jīng)驗(yàn)，而且價(jià)格適中、服務(wù)周到。格靈化工硫酸廠通過(guò)采用DCS系統(tǒng)，力求達(dá)到以下3個(gè)目的：

　　a．用一套DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制兩套制酸裝置和廢熱發(fā)電裝置。

　　b．降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減員增效。

　　c．保證裝置操作穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

　　1．1 硬件系統(tǒng)配置方案

　　如圖1所示，MACSⅢ硬件系統(tǒng)主要由工程師站（ES）、操作員站（OS）、現(xiàn)場(chǎng)控制站（CS）和ScnetⅡ網(wǎng)絡(luò)體系組成。

　　工程師站采用Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，運(yùn)行相應(yīng)的組態(tài)管理程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。

　　操作員站采用Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

　　現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控單元、智能I／O單元、電源單元、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和專(zhuān)用機(jī)柜等部分組成，采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)。

　　Scnet II網(wǎng)絡(luò)體系由上下兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次組成：監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（SNET）和控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）。上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站的通信連接；下層控制網(wǎng)絡(luò)存在于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主要用于主控單元和智能I／O單元的通信連接。格靈化工硫酸廠有兩套硫鐵礦制酸裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)硫酸一系統(tǒng)和硫酸二系統(tǒng)，這兩套制酸裝置相距較遠(yuǎn)，廠方要求用一整套DCS系統(tǒng)控制兩套制酸裝置和廢熱發(fā)電裝置，而這兩套制酸裝置的計(jì)算機(jī)控制要求同級(jí)獨(dú)立且相互聯(lián)通。因此，對(duì)整個(gè)DCS系統(tǒng)進(jìn)行了圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)配置。

　　如圖2所示，按照地理位置分布，硫酸二系統(tǒng)和廢熱發(fā)電裝置共用一個(gè)控制室，硫酸一系統(tǒng)單獨(dú)用一個(gè)控制室。在兩個(gè)制酸裝置控制室里各設(shè)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，均采用多種冗余結(jié)構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源模件、I／O模件冗余），保證裝置安全穩(wěn)定可靠。計(jì)算機(jī)通信采用開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，兩系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中具有同樣的級(jí)別，各設(shè)置一臺(tái)主服務(wù)器，并按各自要求配備了不同數(shù)量的終端，可以獨(dú)立地工作。而兩套裝置由光纖連接，通過(guò)光纖收發(fā)器進(jìn)行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，各操作站互為備份、互為冗余，從而在每一個(gè)操作員站上均可以實(shí)現(xiàn)全廠兩套制酸裝置和廢熱發(fā)電裝置的檢測(cè)和控制。

　　出于安全考慮，兩個(gè)裝置的控制室都配置了不間斷電源UPS，確保突然斷電時(shí)可獨(dú)立供電30min，供相關(guān)人員進(jìn)行緊急處理。而考慮到硫酸廠處于雷擊區(qū)，對(duì)計(jì)算機(jī)的供電及通信線(xiàn)路還采取了相應(yīng)的防雷擊措施。

　　1．2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　SmartPro軟件系統(tǒng)由兩個(gè)軟件構(gòu)成：控制方案組態(tài)軟件ConMaker和人機(jī)界面組態(tài)軟件Fac-View，系統(tǒng)在Windows2000操作系統(tǒng)下運(yùn)行。控制方案組態(tài)軟件ConMaker是針對(duì)底層控制器的軟件。軟件安裝在工程師站上，作為控制方案的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括控制方案編輯器和仿真調(diào)試器兩部分。主要用于完成用戶(hù)控制方案的組態(tài)（硬件配置、數(shù)據(jù)庫(kù)定義、用不同的算法語(yǔ)言編寫(xiě)用戶(hù)控制方案）、仿真調(diào)試、登錄控制器、下裝程序到主控單元、運(yùn)行并在線(xiàn)調(diào)試程序。　
　　　
　　ConMaker是在Citect的基礎(chǔ)上采用Visual C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成的，它提供了ST、IL、FBD、LADDER等多種方式進(jìn)行工程組態(tài)。本套系統(tǒng)采用SmartPro庫(kù)中自帶的功能塊（FBD）及ST語(yǔ)言編寫(xiě)，此外還有一些其它的功能塊是利用sT語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，定義后的模塊就可以像庫(kù)中的功能模塊一樣在各子程序中進(jìn)行調(diào)用。

　　人機(jī)界面組態(tài)軟件FacView安裝在工程師站和操作員站上，其作用是在操作員站與主控單元之間建立數(shù)據(jù)聯(lián)系，方便操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視與控制操作。主要功能包括圖形制作、趨勢(shì)功能、報(bào)表及報(bào)警等。軟件提供離線(xiàn)組態(tài)人機(jī)界面的環(huán)境和在線(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，以完成數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和操作員操作。本套系統(tǒng)采用Fac-View軟件實(shí)現(xiàn)流程實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖的顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表的打印和狀態(tài)報(bào)警的組態(tài)等功能。

　　2 控制功能實(shí)現(xiàn)

　　2．1 單回路控制

　　整個(gè)硫鐵礦制酸裝置包括如下單回路控制系統(tǒng)：

　　a．硫酸二系統(tǒng)廢熱鍋爐液位調(diào)節(jié)。廢熱鍋爐液位是鍋爐運(yùn)行安全的重要參數(shù)，且受蒸汽用量等干擾因素影響較為嚴(yán)重，為使廢熱鍋爐穩(wěn)定、安全運(yùn)行，設(shè)置廢熱鍋爐液位單變量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。廢熱鍋爐液位單變量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目標(biāo)是鍋爐液位，調(diào)解手段為鍋爐給水量。

　　b．硫酸一系統(tǒng)和硫酸二系統(tǒng)一吸塔循環(huán)酸酸濃自動(dòng)調(diào)節(jié)。一吸塔循環(huán)酸酸濃自動(dòng)調(diào)節(jié)目的是保證一吸塔的循環(huán)酸 （H2SO4）為98．3％ ，以保證最大吸收率，同時(shí)也保證產(chǎn)品酸濃度的穩(wěn)定，保證產(chǎn)品質(zhì)量。一吸塔循環(huán)酸調(diào)節(jié)系統(tǒng)以循環(huán)酸濃度為目標(biāo)，以向循環(huán)槽加水量為調(diào)節(jié)手段，進(jìn)行單回路調(diào)節(jié)。

　　c．除氧器液面控制。以除氧器液位為目標(biāo)，以進(jìn)水量為調(diào)節(jié)手段，進(jìn)行單回路調(diào)節(jié)除氧器溫度控制。

　　2．2 與第三方產(chǎn)品的通信

　　按生產(chǎn)工藝需要，SmartPro軟件系統(tǒng)還需與使用第三方產(chǎn)品的發(fā)電高配室工控通信管理機(jī)810進(jìn)行通信，接收其傳送的“發(fā)電機(jī)有功功率”等若干數(shù)據(jù)。通信協(xié)議為：MODBUS—RTU，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，波特率2400b／s。該第三方產(chǎn)品提供RS232接口，而SmartPro的通信卡件為RS485協(xié)議，故采用轉(zhuǎn)換模塊將485接口轉(zhuǎn)變?yōu)?32接口再進(jìn)入SmartPro標(biāo)準(zhǔn)MODBUS主站通信模塊。SmartPro標(biāo)準(zhǔn)MODBUS主站通信模塊遵守標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，通信模塊作為MODBUS主站，運(yùn)行在SmartPro系統(tǒng)中的工程師站（兼作通信站）上，發(fā)電高配室工控通信管理機(jī)810作為從站進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。主站可發(fā)送模擬量、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)到MODBUS從站設(shè)備，并能接受MODBUS從站設(shè)備發(fā)送來(lái)的單個(gè)或多個(gè)模擬量、開(kāi)關(guān)量。如圖3所示，在運(yùn)行SmartPro系統(tǒng)與從站通信正常的情況下，顯示通信報(bào)文和通信狀態(tài)。

　　2．3 聯(lián)鎖控制

　　廢熱發(fā)電裝置在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)因?yàn)槟稠?xiàng)工藝參數(shù)的不滿(mǎn)足而導(dǎo)致聯(lián)鎖產(chǎn)生，所有聯(lián)鎖在操作畫(huà)面中都有顯示。如圖4所示，點(diǎn)擊標(biāo)題欄中的聯(lián)鎖參數(shù)按鍵，彈出聯(lián)鎖菜單經(jīng)確認(rèn)后進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　該聯(lián)鎖控制功能塊由控制方案組態(tài)軟件ConMaker利用CFC連續(xù)功能圖塊編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，編程框架如圖5所示。

　　3 系統(tǒng)評(píng)價(jià)

　　自2004年底正式運(yùn)行至今，SmartPro系統(tǒng)在格靈化工硫酸廠的制酸控制中充分發(fā)揮了總線(xiàn)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制精度高、實(shí)用性強(qiáng)、組態(tài)靈活、界面友好，從根本上提高了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平。該系統(tǒng)的使用不僅節(jié)約了投資，很理想地完成了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，達(dá)到了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減員增效的目的，而且使得硫酸產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的提高，大幅度降低了生產(chǎn)成本。