孫 煜，方穎娣，馬奉偉

（青島堿業(yè)股份有限公司，山東 青島 266043）

青島堿業(yè)股份有限公司是以生產(chǎn)經(jīng)營純堿、化肥、熱電及相關精細化工產(chǎn)品為主的大型綜合性化工企業(yè)，其中，純堿制造方面主要利用侯氏制堿法作為生產(chǎn)工藝。隨著公司純堿節(jié)能技改項目的逐步實施，壓縮車間需增加三臺螺桿壓縮機，用以滿足重堿車間和煅燒車間CO2氣量的需求，相應地，對DCS控制系統(tǒng)提出了新的要求，即保證原有壓縮工序自動化控制正常的情況下，完成DCS系統(tǒng)改造項目。

1 DCS系統(tǒng)在我公司的應用

現(xiàn)我公司壓縮車間、鹽水車間和小蘇打車間使用浙江中控DCS系統(tǒng)對現(xiàn)場進行監(jiān)控和控制，其穩(wěn)定性和可靠性基本滿足生產(chǎn)控制的要求，可維護性和兼容性較高，其優(yōu)點在壓縮車間表現(xiàn)得尤為明顯。

2 壓縮車間DCS系統(tǒng)改造前、后狀況

2.1 原投運情況

2.1.1 系統(tǒng)概述

SUPCON JX－300XDCS系統(tǒng)的基本組成包括工程師站、操作站、控制站和過程控制網(wǎng)絡組成。

1）工程師站

工程師站是為專業(yè)工程技術人員設計的，內(nèi)裝有相應的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結構定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護工具軟件實現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡調(diào)試、故障診斷、信號調(diào)校等。

2）控制站

控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的I／O處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能?？刂普究扇哂嗯渲?，靈活、合理，由主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡、I／O卡件和供電單元組成。

3）操作站

操作站由工控PC機、CRT顯示器、操作員鍵盤、鼠標等組成的人機系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務的環(huán)境。高性能工控機、卓越的流程圖機能、多窗口畫面顯示功能可以方便地實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集中顯示、集中操作和集中管理。

2個控制站分布在兩個機柜，每個控制站包含一對控制器（互為冗余），分別對（1～3）＃壓縮機和4＃、5＃壓縮機相關數(shù)據(jù)進行檢測、控制和處理，通過網(wǎng)絡完成與操作站的數(shù)據(jù)傳輸。

控制站采用冗余方式供電配置模式，即每個控制站的供電使用市電和UPS兩路電源供電，任何一路電源斷電，不會影響其正常供電。所有控制站、操作站、繼電器端子柜作保護接地，接地電阻小于2Ω。

2.1.2 網(wǎng)絡結構

應用于我公司的JX－300XDCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡分兩層，包括過程控制網(wǎng)絡（SCnetⅡ）和控制站內(nèi)部I／O控制總線（SBUS）。

1）SCnetⅡ網(wǎng)

系統(tǒng)采用的過程控制網(wǎng)絡即雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnetⅡ，它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，具有很高的實時性和可靠性。通過雙絞線將HUB、主控制卡和操作站的RJ45接口連接起來，作為傳送過程控制實時信息的通道，完成信息、控制命令等的傳輸，雙重化冗余設計，即在其中任一條通訊線發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡仍保持正常的數(shù)據(jù)傳輸，使得信息傳輸安全、高速。

2）SBUS總線

SBUS總線是控制站內(nèi)部I／O控制總線，主控制卡、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡、I／O卡通過SBUS進行信息交換。

SBUS總線分為兩層：

第一層為雙重化總線SBUS－S2。SBUS－S2總線是系統(tǒng)的現(xiàn)場總線，物理上位于控制站所管轄的I／O機籠之間，連接了主控制卡和數(shù)據(jù)轉發(fā)卡，用于主控制卡與數(shù)據(jù)轉發(fā)卡間的信息交換。

第二層為SBUS－S1網(wǎng)絡。物理上位于各I／O機籠內(nèi)，連接了數(shù)據(jù)轉發(fā)卡和各塊I／O卡件，用于數(shù)據(jù)轉發(fā)卡與各塊I／O卡件間的信息交換。

SBUS－S1和SBUS－S2合起來稱為JX－300 DCS的SBUS總線，主控卡通過它們來管理分散于各個機籠內(nèi)的I／O卡件。SBUS－S2級和SBUSS1級之間為數(shù)據(jù)存儲轉發(fā)關系，按SBUS總線的S2級和S1級進行分層尋址。

2.1.3 軟件特點

應用組態(tài)軟件SCKey，利用圖形化編程，通過調(diào)用各個模擬量和開關量的位號和臨時變量形成停車條件，實現(xiàn)聯(lián)鎖停車控制，降低了使用硬件可能造成的故障率，提高了透平機運行的穩(wěn)定性。

2.2 改造后情況

2.2.1 基本構想

根據(jù)生產(chǎn)需要，純堿節(jié)能技改項目增加6?！?＃螺桿壓縮機，滿足制堿車間CO2氣量的需求。壓縮車間是至關重要的生產(chǎn)車間之一，因此DCS改造項目必須在不影響原有自動化控制和設備運轉的前提下進行組態(tài)、安裝、調(diào)試、試車和投運。沿用原煅燒DCS系統(tǒng)只需增加部分控制部件能很好地做到這一點，且操作站不必添加任何硬件，只需增加部分組態(tài)即可。這樣既保證了生產(chǎn)的正常運作，也避免了考慮兩種系統(tǒng)兼容性的繁復。

2.2.2 系統(tǒng)布置

壓縮車間新增螺桿壓縮機的DCS系統(tǒng)采用原煅燒崗位浙江中控JX－300X系統(tǒng)，并與原透平崗位DCS系統(tǒng)JX－300X系統(tǒng)合并為一套系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)于2000年投用，煅燒由一對控制器和兩臺操作站組成，透平由兩對控制器和三臺操作站組成，兩套系統(tǒng)于2007年5月份進行軟件和操作站升級，軟件版本改為3.16。在此基礎上，新增一對控制器、部分數(shù)據(jù)轉發(fā)卡、卡件以及一臺HUB等相關構件，通過網(wǎng)絡互聯(lián)調(diào)試完畢即完成系統(tǒng)硬件的合并工作。擴展后，合并為四對控制器，開關量輸出信號通過繼電器發(fā)送給電氣，保持基本網(wǎng)絡結構不變，圖1為JX－300X系統(tǒng)結構圖。

圖1 JX－300X系統(tǒng)結構圖

系統(tǒng)新增148個模擬量輸入／輸出點，144個開關量輸入／輸出點；改造完畢，整個系統(tǒng)共計369個模擬量輸入／輸出點，194個開關量輸入／輸出點。

2.2.3 軟件組態(tài)設計

圖形化編程軟件（SCControl）是SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)用于編制控制方案的圖形編程工具，集成了LD編輯器、FBD編輯器、SFC編輯器、ST編輯器，為用戶提供高效的組態(tài)環(huán)境，與系統(tǒng)組態(tài)軟件SCKey聯(lián)合完成控制方案組態(tài)。

此次新增停車聯(lián)鎖控制與主機、主輔油泵、加熱器等的聯(lián)鎖開停車控制，主要使用圖形化編程的梯形圖（LD）語言。它在原電氣控制系統(tǒng)中的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變過來，與電氣操作原理相呼應，形象、直觀和實用；通過觸點、線圈和功能塊來構建控制方案，有效地控制了系統(tǒng)的開、停車次數(shù)，提高了透平機的工作效率。圖2為6＃機聯(lián)鎖開停車程序。

圖2 6＃機聯(lián)鎖開停車程序

2.2.4 聯(lián)鎖調(diào)試

對于6＃、7＃、8＃透平機，系統(tǒng)聯(lián)鎖程序在設計時，結合DCS和工藝多方面考慮，重視調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的生產(chǎn)安全問題。

1）進行聯(lián)鎖條件的濾波處理。

在現(xiàn)場運行調(diào)試時，模擬量輸入信號、開關量輸入等信號容易受外界干擾，易引入虛假信號，為保證正常生產(chǎn)不受影響，需對聯(lián)鎖條件進行條件判斷，只有當聯(lián)鎖條件連續(xù)幾個采樣周期都成立時，觸發(fā)聯(lián)鎖條件，可根據(jù)情況，延遲2～3s觸發(fā)聯(lián)鎖條件。本次程序中設備啟停發(fā)送信號應用TP模塊是對聯(lián)鎖起濾波處理作用的，即當聯(lián)鎖條件滿足的時間超過5秒鐘延時時間，才輸出聯(lián)鎖信號，啟停設備。

2）只允許有一個對輸出位號賦值操作。

在程序中，對于每一個輸出位號應該有一個變量與之對應，在程序內(nèi)部運算的結果均賦值給相關變量，在程序結尾處統(tǒng)一將變量賦值給相關位號。這一做法的目的，是防止由于主控制卡突然掉電，造成只執(zhí)行了一部分程序即進行輸出的情況，保證生產(chǎn)安全。

3）做好聯(lián)鎖測試記錄。

聯(lián)鎖測試正常使系統(tǒng)投運的基礎之一，在現(xiàn)場聯(lián)調(diào)前應編寫好調(diào)試方案，并經(jīng)過用戶書面認可，調(diào)試時詳細進行聯(lián)鎖測試，任何聯(lián)鎖均可以看作是多輸入多輸出的一個對象，通過改變輸入判斷輸出是否符合聯(lián)鎖結果，并進行詳細記錄。聯(lián)鎖的測試記錄必須全面、細致，避免偷工減料。想出一些異常情況進行聯(lián)鎖試驗。所有的記錄都得到工藝的書面認可。

3 結 語

6?！?＃三臺螺桿壓縮機DCS系統(tǒng)完成調(diào)試工作并已投運，符合現(xiàn)場控制精度和工藝指標要求，聯(lián)鎖控制程序已投入運行，運行效果良好。