摘 要：介紹北京和利時公司開發(fā)的SmartPro MACS HI型DCS系統(tǒng)在格靈化工硫酸裝置中的應用。DCS系統(tǒng)包括硬件組成、軟件設(shè)計及控制功能實現(xiàn)。該控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制精度高。在提高生產(chǎn)裝置自動化水平的同時，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；應用

Design and application of SmartPro-based DCS in Gelin Chemical Industrial

（1．Research Institute of Nanjing Chemical Industrial Group，Nanjing，Jiangsu，210048，China； 2．Sulphuric Acid Plant，Nanjing Gelin Chemical Industrial Co，，Ltd，Nanjing，Jiangsu，210041，China） Abstact：Application of SmartPro MACSIⅢ-based DCS developed by Beijing Hollysys Company in Gelin ChemicalIndustrial Group sulphuric acid plant is introduced，including hardware composition，software design and realizationof control function．The control system was stable and reliab le and had high control precision．It improved aLl—tomation level of production process and quality of sulphuric acid and decreased production cost significantly． Key words：sulphuric acidplant；distribution control system；design；application 　　我國各個硫酸裝置因規(guī)模、原料、工藝、投資等不同差別較大，給工藝參數(shù)的檢測、控制方案的設(shè)計和實施帶來不少困難，因此很難做到控制系統(tǒng)的標準化、規(guī)范化。硫酸生產(chǎn)過程的腐蝕性對檢測、執(zhí)行機構(gòu)材質(zhì)要求十分苛刻，也給硫酸生產(chǎn)自動化技術(shù)的發(fā)展及推廣帶來一定的困難。 　　近年來，隨著電子及控制技術(shù)的高速發(fā)展，我國硫酸生產(chǎn)自動化水平已有很大提高，各裝置對自動化水平和儀表的要求也越來越高。從根本上說，就是要求提高儀表及自動化水平，及時準確地反映工藝參數(shù)的變化，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對工藝參數(shù)的精確控制。 　　由于客觀原因，當前我國不少硫酸企業(yè)的運作受到資金的束縛，此外，裝置自動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)計必須針對具體情況綜合考慮。以下筆者將就南京格靈化工有限公司硫酸廠（以下簡稱格靈化工硫酸廠）一套基于SmartPro的DCS系統(tǒng)的設(shè)計與應用情況作一介紹。 1 DOG系統(tǒng)方案設(shè)計 　　DCS即集散控制系統(tǒng)，又名分布式計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中檢測、操作、管理和分散控制的一種成熟的高級控制技術(shù)。格靈化工硫酸廠選用DCS系統(tǒng)時考慮到以下兩個因素： 　　a．國外計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏大，投資也偏高。國外計算機公司對電廠、大型化工企業(yè)比較重視，服務較好，但對中、小型化肥廠不太重視，一般由國內(nèi)代理公司負責處理，因此技術(shù)、服務都相對較差。 　　b．隨著技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)計算機廠商有較大發(fā)展，特別對中小用戶而言其技術(shù)已完全成熟，而且服務和價格都有較大優(yōu)勢。 　　基于以上考慮，格靈化工硫酸廠最終選用了北京和利時公司的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，而且價格適中、服務周到。格靈化工硫酸廠通過采用DCS系統(tǒng)，力求達到以下3個目的： 　　a．用一套DCS系統(tǒng)自動控制兩套制酸裝置和廢熱發(fā)電裝置。 　　b．降低勞動強度，實現(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)場控制站（CS）和ScnetⅡ網(wǎng)絡體系組成。 　　工程師站采用Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，運行相應的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。 　　操作員站采用Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，運行相應的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。 　　現(xiàn)場控制站由主控單元、智能I／O單元、電源單元、現(xiàn)場總線和專用機柜等部分組成，采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，擴展性強。 　　Scnet II網(wǎng)絡體系由上下兩個網(wǎng)絡層次組成：監(jiān)控網(wǎng)絡（SNET）和控制網(wǎng)絡（CNET）。上層監(jiān)控網(wǎng)絡主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場控制站的通信連接；下層控制網(wǎng)絡存在于各個現(xiàn)場控制站內(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，簡稱硫酸一系統(tǒng)和硫酸二系統(tǒng)，這兩套制酸裝置相距較遠，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算機控制要求同級獨立且相互聯(lián)通。因此，對整個DCS系統(tǒng)進行了圖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)電裝置共用一個控制室，硫酸一系統(tǒng)單獨用一個控制室。在兩個制酸裝置控制室里各設(shè)一個現(xiàn)場控制站，均采用多種冗余結(jié)構(gòu)（網(wǎng)絡、控制器、電源模件、I／O模件冗余），保證裝置安全穩(wěn)定可靠。計算機通信采用開放式工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，兩系統(tǒng)在網(wǎng)絡中具有同樣的級別，各設(shè)置一臺主服務器，并按各自要求配備了不同數(shù)量的終端，可以獨立地工作。而兩套裝置由光纖連接，通過光纖收發(fā)器進行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，各操作站互為備份、互為冗余，從而在每一個操作員站上均可以實現(xiàn)全廠兩套制酸裝置和廢熱發(fā)電裝置的檢測和控制。 　　出于安全考慮，兩個裝置的控制室都配置了不間斷電源UPS，確保突然斷電時可獨立供電30min，供相關(guān)人員進行緊急處理。而考慮到硫酸廠處于雷擊區(qū)，對計算機的供電及通信線路還采取了相應的防雷擊措施。 1．2 軟件系統(tǒng)設(shè)計 　　SmartPro軟件系統(tǒng)由兩個軟件構(gòu)成：控制方案組態(tài)軟件ConMaker和人機界面組態(tài)軟件Fac-View，系統(tǒng)在Windows2000操作系統(tǒng)下運行。控制方案組態(tài)軟件ConMaker是針對底層控制器的軟件。軟件安裝在工程師站上，作為控制方案的開發(fā)平臺，包括控制方案編輯器和仿真調(diào)試器兩部分。主要用于完成用戶控制方案的組態(tài)（硬件配置、數(shù)據(jù)庫定義、用不同的算法語言編寫用戶控制方案）、仿真調(diào)試、登錄控制器、下裝程序到主控單元、運行并在線調(diào)試程序?！　　　? ConMaker是在Citect的基礎(chǔ)上采用Visual C++語言開發(fā)而成的，它提供了ST、IL、FBD、LADDER等多種方式進行工程組態(tài)。本套系統(tǒng)采用SmartPro庫中自帶的功能塊（FBD）及ST語言編寫，此外還有一些其它的功能塊是利用sT語言開發(fā)的，定義后的模塊就可以像庫中的功能模塊一樣在各子程序中進行調(diào)用。 　　人機界面組態(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，方便操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視與控制操作。主要功能包括圖形制作、趨勢功能、報表及報警等。軟件提供離線組態(tài)人機界面的環(huán)境和在線實時運行環(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軟件實現(xiàn)流程實時監(jiān)控畫面的設(shè)計、數(shù)據(jù)趨勢圖的顯示、數(shù)據(jù)報表的打印和狀態(tài)報警的組態(tài)等功能。 [b]2 控制功能實現(xiàn) 2．1 單回路控制[/b] 　　整個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重，為使廢熱鍋爐穩(wěn)定、安全運行，設(shè)置廢熱鍋爐液位單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。廢熱鍋爐液位單變量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目標是鍋爐液位，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)酸酸濃自動調(diào)節(jié)。一吸塔循環(huán)酸酸濃自動調(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，以向循環(huán)槽加水量為調(diào)節(jié)手段，進行單回路調(diào)節(jié)。 　　c．除氧器液面控制。以除氧器液位為目標，以進水量為調(diào)節(jié)手段，進行單回路調(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810進行通信，接收其傳送的“發(fā)電機有功功率”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，無奇偶校驗，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接口再進入SmartPro標準MODBUS主站通信模塊。SmartPro標準MODBUS主站通信模塊遵守標準MODBUS協(xié)議，通信模塊作為MODBUS主站，運行在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810作為從站進行串行數(shù)據(jù)通信。主站可發(fā)送模擬量、開關(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)送來的單個或多個模擬量、開關(guān)量。如圖3所示，在運行SmartPro系統(tǒng)與從站通信正常的情況下，顯示通信報文和通信狀態(tài)。 2．3 聯(lián)鎖控制 　　廢熱發(fā)電裝置在生產(chǎn)過程中會因為某項工藝參數(shù)的不滿足而導致聯(lián)鎖產(chǎn)生，所有聯(lián)鎖在操作畫面中都有顯示。如圖4所示，點擊標題欄中的聯(lián)鎖參數(shù)按鍵，彈出聯(lián)鎖菜單經(jīng)確認后進行相應操作。 　　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)功能圖塊編程語言開發(fā)，編程框架如圖5所示。 3 系統(tǒng)評價 　　自2004年底正式運行至今，SmartPro系統(tǒng)在格靈化工硫酸廠的制酸控制中充分發(fā)揮了總線結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制精度高、實用性強、組態(tài)靈活、界面友好，從根本上提高了生產(chǎn)過程自動化水平。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，達到了降低勞動強度、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。