[摘要]本文介紹了在鹽硝聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)裝置中用集散控制(即DCS)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法,并詳細(xì)介紹了DCS系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)及控制方案的實(shí)施等，此系統(tǒng)在過(guò)程控制與集中管理 中起到了重要的作用。 [關(guān)鍵詞]鹽硝聯(lián)產(chǎn)、集散控制、組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、冗余 前言 集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System--DCS），是一種以微處理器為基礎(chǔ)的分散型綜合控制系統(tǒng);它是計(jì)算機(jī)（Computer）、通信(Communication) 、CRT顯示和控制(Control)技術(shù)（簡(jiǎn)稱四C技術(shù)）發(fā)展的產(chǎn)物。它自1975年問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展與完善，成為電廠、化工、環(huán)保等行業(yè)最普通的控制工具。DCS系統(tǒng)以高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法和開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點(diǎn)，得以迅速的發(fā)展。 1．鹽硝聯(lián)產(chǎn)的工藝簡(jiǎn)介： 鹵水凈化工序(距鹽硝聯(lián)產(chǎn)主裝置300米)將真空制鹽(我公司制鹽車間的I、II組罐)的洗鹽母液通過(guò)”兩堿法”(NaOH、Na2CO3)連續(xù)凈化，再加酸調(diào)節(jié)PH值制成精鹵。精鹵由加料泵送至EV-304(鹽蒸發(fā)罐)加料,老鹵在EV-304內(nèi)沸騰蒸發(fā)結(jié)晶，析鹽后其母液經(jīng)溢流管在循環(huán)母液泵加壓后，控制好循環(huán)量的大小按順序進(jìn)入HE-305、HE-306兩預(yù)熱器，經(jīng)預(yù)熱升溫后進(jìn)入EV-301(硝蒸發(fā)罐)進(jìn)行沸騰蒸發(fā)結(jié)晶，析硝后其母液由氣動(dòng)閥根據(jù)本罐液位高低控制，依次進(jìn)入EV-302、EV-303兩閃發(fā)罐，進(jìn)行兩級(jí)閃發(fā)降溫，再轉(zhuǎn)入EV-304蒸發(fā)結(jié)晶析鹽、母液不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)鹽硝聯(lián)產(chǎn)。 2．控制要求： 工藝上對(duì)重要控制點(diǎn)的要求有：母液循環(huán)量要與泵進(jìn)行聯(lián)鎖、定時(shí)沖洗裝置（指對(duì)液位變送器的上、下取壓口及二次蒸汽的捕抹器）能進(jìn)行手、自動(dòng)兩種狀態(tài)并且自動(dòng)時(shí)由程序執(zhí)行；液位與流量串級(jí)控制并且控制輸出與加料泵聯(lián)鎖即泵停閥門關(guān)閉；根據(jù)回水電導(dǎo)率表的高低判斷冷凝水外排還是回收等；其余為單回路PID控制如加酸PH值調(diào)節(jié)等。 3．控制系統(tǒng)： 對(duì)一套年產(chǎn)18萬(wàn)噸鹽和2萬(wàn)噸硝的鹽硝聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)裝置，其I/O點(diǎn)數(shù)近200（鹵水凈化工序有40）個(gè)，具體點(diǎn)數(shù)為：模擬量輸入AI(包括熱電阻信號(hào))為：110，模擬量輸出AO為：35，開關(guān)量輸入DI為：10，開關(guān)量輸出DO為：35 。根據(jù)上面提出的具體要求和符合招、投標(biāo)技術(shù)規(guī)范等，采用浙江浙大中控的JX-300X集散控制系統(tǒng)來(lái)完成整個(gè)的控制方案的實(shí)施與設(shè)備的投運(yùn)等工作。在該系統(tǒng)中設(shè)立一個(gè)遠(yuǎn)程I/O機(jī)籠（共用一主控制卡）與遠(yuǎn)程操作站，它們與主控制室設(shè)備分別通過(guò)RS485總線及TCP/IP協(xié)議的細(xì)纜相連接。正因?yàn)樵O(shè)立了遠(yuǎn)程I/O機(jī)籠，節(jié)省了大量的變送器電纜及其它材料費(fèi)用，也為系統(tǒng)日后的維護(hù)減輕工作量等。 3．1 DCS系統(tǒng)的組成： 　　DCS的核心結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地歸為“三點(diǎn)一線”式的結(jié)構(gòu)?！耙痪€”是指DCS的骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；“三點(diǎn)”則是指連接在網(wǎng)絡(luò)上的三種不同類型的節(jié)點(diǎn)：面向被控現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站(也稱為下位機(jī))；面向操作人員的操作站(也稱作為上位機(jī))；面向DCS監(jiān)督管理人員的工程師站(可由操作員站兼做)。如圖示: 3．1．1 控制站的構(gòu)成 現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、電源單元、I/O卡件、通迅處理單元等組成。為了保證下位機(jī)的性能穩(wěn)定、安全可靠對(duì)主控制卡、通迅網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、重要的I/O卡件、電源模塊實(shí)現(xiàn)熱備份冗余設(shè)計(jì)，互為冗余的卡件之間高速交換數(shù)據(jù)，使工作/備用卡件運(yùn)行狀態(tài)同步；當(dāng)某一個(gè)卡件出現(xiàn)異常時(shí)，能自動(dòng)的切換至備份的卡件上，維護(hù)人員可通過(guò)卡件上的工作指示燈或上位機(jī)上的系統(tǒng)故障診斷畫面清楚地判斷問(wèn)題所在，并且更換卡件時(shí)，可帶電熱插拔而不會(huì)損壞其它卡件的正常工作。I/O卡件功能豐富有模入、模出、熱電阻（偶）等。對(duì)SP313模擬量輸入卡件能根據(jù)需要提供隔離的二線制變送器工作電源，從而節(jié)省了另外為現(xiàn)場(chǎng)儀表供電源的費(fèi)用等。 3．1．2 操作站的構(gòu)成 由工控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)卡、專用鍵盤、打印機(jī)等組成。在操作站上安裝Sckey組態(tài)軟件和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)在該軟件上設(shè)置不同的登錄權(quán)限，將操作站兼作工程師站用。 3．1．3 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 分過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)Scnet II 和 SBUS總線；過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)是連接工程師站、操作員站、控制站及通迅處理單元。它采用1：1熱冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，符合TCP/IP的傳輸協(xié)議及IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。控制站作為控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，其通迅由主控制卡擔(dān)當(dāng)；網(wǎng)絡(luò)通迅接口有兩個(gè)且該網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)故障診斷，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型或星形結(jié)構(gòu)；其通迅速迅達(dá)10Mbps。SBUS總線為兩層，第一層為雙重化的現(xiàn)場(chǎng)總線，符合EIA-RS485標(biāo)準(zhǔn)、采用令牌式通信協(xié)議，它連接了主控制卡與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡并交換信息。第二層的總線符合TTL標(biāo)準(zhǔn)的通迅協(xié)議,由印刷電路板傳輸；它連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡與各塊I/O卡件并交換信息。 3．2 DCS系統(tǒng)的特點(diǎn) 3．2．1系統(tǒng)的擴(kuò)展方便，增加控制站、操作站及I/O卡件，只須在工程師站(由操作站兼做)上進(jìn)行添加節(jié)點(diǎn)（控制站最多達(dá)15個(gè)、操作站多達(dá)32個(gè)）和增加所須要類型的I/O卡件（一個(gè)控制站最多達(dá)128個(gè)）并對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的組態(tài)。 3．2．2高速、可靠的通迅網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接工程師站、操作員站、控制站及通迅處理單元。它采用1：1熱冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，符合TCP/IP的傳輸協(xié)議及IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。 3．2．3 操作站上監(jiān)控軟件組態(tài)方便及界面友好 可按照工藝要求繪制出美觀大方的流程圖，輔以動(dòng)態(tài)的流量、壓力等數(shù)據(jù)的變化和變色報(bào)警，開關(guān)量變色狀態(tài)的顯示及風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備的模擬仿真運(yùn)行，增加了動(dòng)態(tài)效果。 日?qǐng)?bào)表的生成只須在報(bào)表制作緝編器中填寫位號(hào)與事件及打印觸發(fā)時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確打印；歷史曲線的生成更方便，將位號(hào)或變量引用之后，根據(jù)保存曲線時(shí)間需要，視硬盤容量大小可設(shè)定最長(zhǎng)達(dá)2年以上，足夠查詢與事故分析用。 3．2．4 多冗余配置 控制站的電源、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和重要的模擬量卡件按冗余配置，保證了系統(tǒng)安全性和可靠性等。 3．3 DCS系統(tǒng)的控制方案實(shí)施 JX-300X組態(tài)工作通過(guò)SCKey來(lái)完成的，它運(yùn)用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)和對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)，讓工程人員有序地完成信號(hào)類型與控制方案、操作手段的組態(tài)實(shí)施。對(duì)復(fù)雜控制方案的實(shí)施，它提供了的兩種控制編程語(yǔ)言即SCX語(yǔ)言和SCControl圖形化語(yǔ)言,詳細(xì)如下: 3．3．1 SCControl圖形化編程語(yǔ)言，它是以國(guó)際上通用的IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，提供具有四種編程語(yǔ)言即梯形圖LD、功能塊圖FBD、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言ST、順控圖SFC，可以相互嵌套使用,功能擴(kuò)展性強(qiáng)。在LD或FBD語(yǔ)言編輯器中，可以任意的引用高性能的功能模塊以及用ST語(yǔ)言編寫的自定義模塊，方便程序的編寫與控制方案的實(shí)施等。另外，編好的程序在進(jìn)行編譯時(shí)，可用來(lái)檢查語(yǔ)法結(jié)構(gòu)與變量引用等正確與否。比如，在做沖洗手、自動(dòng)控制與串級(jí)聯(lián)鎖的控制時(shí)，根據(jù)工藝上要求泵停（開入狀態(tài)改變）氣動(dòng)閥關(guān)（對(duì)氣開閥而言，輸出控制信號(hào)為4毫安），我們就用ST結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言編寫，串級(jí)控制時(shí)用到的PID模塊應(yīng)在自定義回路中將引用PID模塊資源的序號(hào)等組態(tài)好，在此引用。然后在LD編輯語(yǔ)言中直接調(diào)用剛才定義的自定義功能塊，在通過(guò)編譯并下裝到下位機(jī)的主控制卡之后，我們可通過(guò)在線仿真、強(qiáng)制賦給變量的某個(gè)值，來(lái)驗(yàn)證程序執(zhí)行的結(jié)果、動(dòng)作的對(duì)否，方便了程序的調(diào)試與控制方案的實(shí)施等。程序部分的語(yǔ)言如下： ST語(yǔ)言為： 在LD梯形圖中調(diào)用為： 對(duì)定時(shí)沖洗的手、自動(dòng)控制及母液循環(huán)量聯(lián)鎖控制也用上面的方法編寫。 3．3．2 另一種編程語(yǔ)言為：SCX語(yǔ)言。它是類似C語(yǔ)言的高級(jí)語(yǔ)言，它也提供了多種庫(kù)函數(shù)與控制模塊供選擇，能實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制算法；所有的程序入口都是從main()開始的。我們?cè)谧鲆噪妼?dǎo)率為某一值時(shí)，決定是外排還是回電廠的控制，用SCX語(yǔ)言編寫。直接引用電導(dǎo)率位號(hào)并與某值比較；當(dāng)小于該值時(shí)，去執(zhí)行回電廠用的控制回路，并將外排閥輸出賦為0；當(dāng)大于該值時(shí)，去執(zhí)行外排用的控制回路，并將回電廠閥輸出賦為0，程序略。 4. 結(jié)論 DCS系統(tǒng)在井神公司的鹽硝聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的應(yīng)用很成功，從剛開始的系統(tǒng)上電調(diào)試到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所用的時(shí)間僅幾天，所有的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)能準(zhǔn)確、快速的采集與控制，各個(gè)控制回路都能投入自動(dòng)狀態(tài)、聯(lián)鎖保護(hù)能及時(shí)動(dòng)作等。DCS系統(tǒng)正以成熟的技術(shù)、可靠的穩(wěn)定性、功能豐富的優(yōu)越性以及日后的維護(hù)量幾乎很小的優(yōu)點(diǎn)，在井神公司的過(guò)程控制自動(dòng)化與生產(chǎn)管理等方面發(fā)揮重要的作用，提高了企業(yè)的工作效率,也必將給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。 ［參考文獻(xiàn)］ 1.《DCS集散控制系統(tǒng)選型與應(yīng)用》,王常力,清華大學(xué)出版社，1999年。 2.《浙大中控JX-300X說(shuō)明書及培訓(xùn)手冊(cè)》，2002年。