洗化廠DCS改造方案畢業(yè)論文

1、洗化廠DCS改造方案摘要洗化廠生產系統(tǒng)存在能耗高、工藝指標波動大、自控儀表落后、自控水平低等問題，如不進行必要的技術改造，在操作工頻繁手動操作的情況下，會造成高投入、低產出且系統(tǒng)波動大的后果，進而影響整個聯(lián)堿系統(tǒng)的穩(wěn)定高產。本文運用計算機及網(wǎng)絡的先進技術，結合洗化廠老生產系統(tǒng)存在的問題，采用集散控制系統(tǒng)對生產系統(tǒng)進行下列技術改造:本文完成了以下主要工作:首先在閱讀了大量文獻資料的基礎上，介紹了火電廠煙氣脫硫的主要方法，以及DCS的發(fā)展狀況;通過對本廠裝置原有DCS系統(tǒng)的分析，提出了對DCS改造的要求;介紹了擬選擇DCS的特點;改造了洗化廠生產系統(tǒng)的連鎖緊急停車系統(tǒng)其次為實現(xiàn)上述技術方案，控制算

2、法、圖形、系統(tǒng)管理、引用和報表組態(tài)，確定了儀表及材料的選型，完成了改造的工程預算工作。最后通過分析以及現(xiàn)場實驗和實際運行情況，證明:通過DCS系統(tǒng)的改造提高了系統(tǒng)安全可靠性，解決了由于無備件給生產構成的威脅。同時，改造后的DCS對系統(tǒng)控制參數(shù)的變化反應更快，系統(tǒng)重新建立平衡的時間更短。系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性均得到提高。關鍵詞：集散控制系統(tǒng)，節(jié)能控制系統(tǒng)，DCS組態(tài)，控制算法。AbstractWashing plant of the existence of high energy consumption and production systems, process indicators of f

3、luctuations in large, backward-controlled instrument, sinceLow level control problems, such as the necessary technology is not in frequent manual operatives, the result in high input, low output and the consequences of large fluctuations in the system, thereby affecting the entire Union high alkalin

4、e stability of this system. In this paper, the use of computers and networks, advanced technology, combined with washing of plant production systems exist in the old title, the use of distributed control system for technological transformation of production systems to carry out the following:This ar

5、ticle was completed the following major tasks:The first after reading a lot of literature on the basis of the introduced thermal power plant flue gas desulphurization of the main ways to and the development of DCS; Factory installed on the DCS system in the original analysis, put forward the request

6、 to the DCS transformation; introduced to select the characteristics of DCS; The transformation of the washing system of factory production chain Emergency Shutdown SystemSome of the practical operation curve.The second technology for the realization of the above-mentioned programs, control algorith

7、ms, graphics, system management, configuration references and statements to determine the selection of instruments and materials to complete the transformation of the work of the project budget. scene through analysis and experiments and the actual operation of that: the transformation through the D

8、CS system to improve.End security and reliability of the system to address a lack of spare parts to the threat posed by the production. At the same time, transformed the DCS Control parameters of the system changes in response to faster, the system retablish balance in a shorter time. System reliabi

9、lity and stability could be enhanced.Key words: distributed control system, energy-saving control system, DCS configuration, control algorithm.目錄摘要1Abstract21前言61.1集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史61.2集散控制系的基本結構81.3分散過程控制裝置91.4操作管理裝置101.5通信系統(tǒng)102 生產分廠和動力分廠自動控制現(xiàn)狀122.1 生產分廠DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀122.1動力分廠自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀142.3DCS系統(tǒng)改造原則142.4硬件配置原則

10、：153生產系統(tǒng)改造技術方案163.1生產預測控制系統(tǒng)163.2預測模型163.3反饋校正183.4參考軌跡193.5最優(yōu)控制律計算193.6控制方案確定203.6預測模型測試213.7聯(lián)鎖停車系統(tǒng)213.8儀表的更換及增加234 DCS的選型及組態(tài)244.1DCS的選型244.2系統(tǒng)配置244.3HS2000一Plus集散控制系統(tǒng)的結構254.4現(xiàn)場控制站264.5操作員站284.6工程師站284.7歷史站294.8系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡結構295系統(tǒng)的組態(tài)305.1數(shù)據(jù)庫組態(tài).305.2控制算法組態(tài)355.3圖形組態(tài)375.4系統(tǒng)管理組態(tài)385.5引用組態(tài)及報表組態(tài)386小結40參考文獻41致謝4

11、21前言1.1集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史集散控制系統(tǒng)是1975年由美國霍尼威爾(HOne獷well)公司推出的。由于當時采用模擬電動儀表控制系統(tǒng)或計算機直接控制都無法解決過程工業(yè)控制應用中的某些問題:(1)隨著生產過程規(guī)模的不斷擴大，總控室儀表盤及其上的儀表越來越多，除了對總控室的面積有要求外，要求操作工人監(jiān)視、操作儀表的水平也越來越高，原來的模擬儀表顯然難以勝任。(2)隨著電子技術的發(fā)展，儀表的更新?lián)Q代的周期越來越短，工業(yè)技術的發(fā)展要求儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展與之同步。(3)當時計算機已開始在工業(yè)控制領域應用，它具有的數(shù)字化控制算法使控制系統(tǒng)的實施變得方便，更改也很容易，但是，由于它的價格昂貴，采用的

12、是直接數(shù)字控制DDC(Direct Digital Control)或監(jiān)督計算機控制SCC，因此，如何把因計算機的故障造成的危害減小，使危險分散，成為應用計算機控制系統(tǒng)首要解決的問題。(4)集中和綜合的操作和監(jiān)督要求對全廠、各車間和工段級的控制和操作有相應的數(shù)據(jù)通信聯(lián)系，它不僅要求有大量的數(shù)據(jù)傳遞，也要求有高速的時間傳輸速率。美國霍尼威爾公司的TDC一2000正是在這種情況下推出的，它的基本思路是首先把集中的計算機控制系統(tǒng)分解為分散的控制系統(tǒng)，這就需要有專門的過程分散控制裝置，它們在過程控制級各自完成過程中的部分控制和操作;其次從模擬儀表的操作習慣出發(fā)，應開發(fā)人一機間良好的操作界面，用于操作人

13、員的操作監(jiān)視;最后為了使操作站與過程控制裝置之間建立數(shù)據(jù)的聯(lián)系，應建立數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)能在操作人員和生產過程間相互傳遞。為此，在系統(tǒng)的硬件和軟件上進行了深入的研究，通過計算機技術(Computer)、控制技術(Control)、通信技術(C。nication)與顯示技術(CRT)的結合，進入了儀表控制系統(tǒng)的新起點。當時，DCS還在初創(chuàng)階段，系統(tǒng)包括分散過程控制裝置、操作管理裝置和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)三大部分，它具有DCS的集中管理、分散控制的基本特點。隨著半導體技術、顯示技術、控制技術、網(wǎng)絡技術和軟件技術等高新技術的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)也得到了飛速的發(fā)展。第二代集散控制系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)的功能擴

14、大或加強，如，控制算法的擴充;常規(guī)控制與邏輯控制、批量控制相結合;過程操作管理范圍的擴大，功能的增添;顯示屏分辨率的提高;色彩的增加;多微處理器技術的應用等。美國FOXBORO公司在1987年推出的FAS系統(tǒng)標志著集散控制系統(tǒng)進入了第三代。它的主要改變是在局域網(wǎng)絡方面，F(xiàn)AS系統(tǒng)采用了10兆位/秒的寬帶網(wǎng)與5兆位/秒的載帶網(wǎng)，符合國際標準組織150的051開放系統(tǒng)互聯(lián)的參考模型。因此，在符合開放系統(tǒng)的各制造廠產品間可以相互連接、相互通信和進行數(shù)據(jù)交換，第三方的應用軟件也能在系統(tǒng)中應用，從而使集散控制系統(tǒng)進入了更高的階段。從第三代集散控制系統(tǒng)的結構來看，由于系統(tǒng)網(wǎng)絡通信功能的增強，各不同制造廠的

15、產品能進行數(shù)據(jù)通信，因此，克服了第二代集散控制系統(tǒng)在應用過程中出現(xiàn)的自動化孤島等困難。另外，從系統(tǒng)的軟件和控制功能來看，系統(tǒng)所提供的控制功能也有了增強，除了常規(guī)控制、邏輯控制與批量控制，還增加了各種自適應或自整定的控制算法，用戶可在對被控制對象的特性了解較少的情況下應用所提供的控制算法，由系統(tǒng)自動搜索或通過一定的運算獲得較好的控制器參數(shù)。同時，由于第三方應用軟件可方便地應用，也為用戶提供了更廣闊的應用場所。90年代處，隨著對控制和管理要求的不斷提高，第四代集散控制系統(tǒng)以管控一體化的形式出現(xiàn)。它在硬件上采用開放的工作站，采用了客戶機/服務器(Client/ Server)的結構。在網(wǎng)絡結構上增加

16、了工廠信息網(wǎng)(Intranet)，并可與國際信息網(wǎng)Internet網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。在軟件上則采用UNIX系統(tǒng)和X一Windows的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富。同時，在制造業(yè)，計算機集成制造系統(tǒng)得到了應用。第四代集散控制系統(tǒng)的典型產品有Honeywell公司的TPs控制系統(tǒng)，橫河公司的CENTUM一CS控制系統(tǒng)等。這一代集散控制系統(tǒng)主要為解決DCS系統(tǒng)的集中管理而研制。它們在信息的管理、通信等方面提供了綜合的解決方案。1.2集散控制系的基本結構 1-1集散控制系統(tǒng)結果圖 1.3分散過程控制裝置分散過程控制裝置是集散控制系統(tǒng)與生產過程間的界面，生產過程的各種過程變量通過分散過程控制裝置轉化為操作監(jiān)視的

17、數(shù)據(jù)，而操作的各種信息也通過分散過程控制裝置送到執(zhí)行機構。在分散過程控制裝置內，進行模擬量與數(shù)字量的相互轉換，完成控制算法的各種運算，對輸入與輸出量進行有關的軟件濾波及其他的一些運算。分散過程控制裝置具有如下特征:(1)需適應惡劣的工業(yè)生產過程環(huán)境分散過程控制裝置的一部分設備需要安裝在現(xiàn)場，所處的環(huán)境差，所以要求分散過程控制裝置能適應環(huán)境的溫、濕度變化;適應電網(wǎng)電壓波動的變化;適應工業(yè)環(huán)境中的電磁干擾的影響以及環(huán)境介質的影響。(2)分散控制分散過程控制裝置體現(xiàn)了控制分散的系統(tǒng)構成。它把地域分散的過程裝置用分散的控制實現(xiàn)，它的控制功能也分為常規(guī)控制、順序控制和批量控制。它把監(jiān)視和控制分離，把危險

18、分散，使得系統(tǒng)的可靠性提高。(3)實時性分散過程控制裝置直接與過程進行聯(lián)系，為能準確反映過程參數(shù)的變化，它應具有實時性強的特點。從裝置來看，它要有快的時鐘頻率，足夠的字長。從軟件來看，運算的程序應精練、實時和多任務作業(yè)。(4)獨立性相對于整個集散系統(tǒng)，分散過程控制裝置具有較強的獨立性。在與上一級的通信或者上一級設備出現(xiàn)故障的情況下，它還能正常運行，而使過程控制和操作得以進行。1.4操作管理裝置操作管理裝置是操作人員與集散控制系統(tǒng)間的界面，操作人員通過操作管理裝置了解生產過程的運行狀況，并通過它發(fā)出操作指令給生產過程。生產過程的各種參數(shù)在操作管理裝置上顯示，以便于操作人員監(jiān)視和操作。操作管理裝置

19、具有以下特征:(1)信息量大它需要匯總各分散過程控制裝置的信息和下送的信息。從硬件來看，它具有大的存儲容量，允許有較多的畫面可顯示;從軟件來看，應采用數(shù)據(jù)壓縮技術、分布式數(shù)據(jù)庫技術和并行處理技術等。(2)易操作性操作管理裝置通過CRT、打印機等了解過程運行情況并發(fā)出指令，因此，除了部分現(xiàn)場手動操作設備外，操作人員和管理人員都通過裝置提供的輸入設備，如鍵盤、鼠標、軌跡球等來操作設備的運行，故操作管理裝置要有良好的操作性。(3)容錯性好由于集中操作和管理部分是人和機器的聯(lián)系界面，為防止操作人員的誤操作，該部分裝置應有良好的容錯特性。因此，要設置硬件密鑰、軟件口令，對誤操作不予響應等安全措施。1.5

20、通信系統(tǒng)分散過程控制裝置與操作管理裝置之間需要有一個橋梁來完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換，這就是通信系統(tǒng)。對通信系統(tǒng)的要求除了傳輸速率、誤碼率等外，主要是開發(fā)性和互操作性。系統(tǒng)的所謂“開發(fā)”，就是允許與其他廠商的產品能通信。這就要求通信有一個統(tǒng)一的標準、協(xié)議。各廠商的產品的通信也應符合統(tǒng)一的標準，這個通信標準的框架結構是國際標準化組織的開放系統(tǒng)互連參考模型。所謂“互操作性”是指現(xiàn)場總線的通信標準，它要求不同的智能現(xiàn)場變送器、執(zhí)行器等可以互換。2 生產分廠和動力分廠自動控制現(xiàn)狀2.1 生產分廠DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀撫順石化分公司洗滌劑化工廠生產分廠共有一套年產7.2萬噸/年直鏈烷基苯生產裝置和一套年產5完噸

21、脂肪醇生產裝置，于1992年正式投入生產。其DCS操作系統(tǒng)為BAILEY公司早期產品N-90系統(tǒng)（廠環(huán)的通訊速率為500K）。90年代后期陸續(xù)對烷基苯生產裝置進行了擴能改造，新建一套10萬噸/年的烷基苯生產裝置，同時將原7.2萬噸/年耳的烷基苯裝置的生產能力增加到10萬噸/年，增加了兩個過程控制站（INFI-90系統(tǒng)，通訊速率為10M）及四個操作站，單獨構成一個系統(tǒng)，而原N-90系統(tǒng)僅增加了部分卡件。目前DCS系統(tǒng)主要配置如下：N-90系統(tǒng)INFI-90系統(tǒng)備注過程控制站（PCU）3套過程控制站（PCU）2套操作站（MCS）10臺操作站（MCS）4臺工程師站1套工程師站1套通訊接口（CIU）2

22、套接線柜（marshalling）5面接線柜(marshalling)25面串行打印機8臺彩色硬拷貝機1臺接口（VAX-31000）1臺報警盤（ADS）6臺整個DCS系統(tǒng)I/O點總數(shù)如下信號類型I/O總點數(shù)備注模擬量輸入（4-20mA）1875點熱電偶輸入（E、K）934點模擬量輸出（4-20mA）1378點開關量輸入（24V.DC）1640點開關量輸出（24V.DC）820點脈沖量輸入（24V.DC）64點合計6711點生產分廠DCS操作系統(tǒng)已運行多年，自投運以來基本滿足了生產需要，但隨著近幾年計算機及通訊技術的發(fā)展，系統(tǒng)中通訊速度及MCS操作站等環(huán)節(jié)，已顯現(xiàn)明顯薄弱；目前除PCU控制部分狀

23、態(tài)完好外，其他部分都面臨著各種各樣的問題；同時由于生產裝置的多次擴能改造，DCS系統(tǒng)負荷偏大，而且兩個型號DCS系統(tǒng)的廠級通訊不能實現(xiàn)，造成了系統(tǒng)資源的浪費。具體問題有：硬盤：MCS使用的硬盤是老式的SCSI盤，存儲容量小，故障率高，存在著數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，而且備件已經(jīng)很難買到，嚴重威脅生產裝置的安全運行。與MIS通訊的接口：基于當時計算機技術的水平，N-90環(huán)路的通訊速率只能作到500K，由于N-90本身對采集點數(shù)量的限制，MIS接口的數(shù)據(jù)采集一直不能正常進行，制約了生產裝置優(yōu)化操作的進程。CRT：現(xiàn)有MCS的顯示器是19英寸已經(jīng)運行了十幾年。2.1動力分廠自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀動力分廠于1991

24、年建成投產，共有4臺35t/h燃煤鍋爐和2臺6000KW發(fā)電機組?？刂葡到y(tǒng)采用常規(guī)儀表和通道式儀表盤。采用EK系列等20余種盤裝儀表，產品技術落后，大部已經(jīng)停產。壓力、差壓變送器采用1751系列產品，已使用多年，有的急需更換。動力分廠鍋爐間控制室距離鍋爐本體較近，給鍋爐檢修帶來不便。I/O總點數(shù)如下：信號類型I/O總點數(shù)備注模擬量輸入（4-20mA）259點熱點組輸入（Pt100）/TC187點模擬量輸出（4-20mA）55點開關量輸入（24V.DC）492點開關輸出量（24V.DC）364點脈沖量輸入（24V.DC）合計1358點2.3DCS系統(tǒng)改造原則本次DCS系統(tǒng)改造的基本原則是選擇技術

25、先進可靠、在中國及本行業(yè)有使用經(jīng)驗的DCS操作系統(tǒng)：力爭施工周期盡量短，投資盡量少；確保DCS操作系統(tǒng)改造一次成功。2.4硬件配置原則：系統(tǒng)內所有模件均應是固態(tài)電路，標準化，模件化和插入式結構；模件能帶電插拔而不損壞，且不影響其他模件的正常工作。I/O點數(shù)：每一信號類型的I/O點數(shù)分別不得少于需要點數(shù)的15%；過程控制站應有常規(guī)控制功能和一般復雜控制功能，應有PID調節(jié)參數(shù)自整定功能?？刂颇＜﨏PU，電源和通訊接口應1：1冗余配置；操作站17臺（生產分廠）和3臺（動力分廠）。Intel Pentium4處理器，1.7GHZ主頻，1G內存，160G硬盤，21英寸，分辨率1280*1024；增加工

26、程師站1臺，用于動力分廠所有通訊系統(tǒng)，包括通訊模件，通訊電纜要1：1冗余配置；DCS系統(tǒng)內各操作站之間要互相通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；兩套DCS系統(tǒng)預留與廠級局域網(wǎng)的通訊功能；DCS系統(tǒng)要提供數(shù)據(jù)采集接口及先進控制和在線優(yōu)化條件；提供先進實用的外圍設備，如3臺A3黑白激光打印機用于打印報表、2臺A4黑白激光打印機用于工程師工作站、24面操作臺以及歷史數(shù)據(jù)存儲設備等。3生產系統(tǒng)改造技術方案3.1生產預測控制系統(tǒng)氫氮比的控制一般采用：1，預測控制算法有模型算法控制(MAC)。2，動態(tài)矩陣控制模型(DMc)，預測啟發(fā)控制(MPHc)等，但其基本思想都是采用工業(yè)過程中較易得到的對象脈沖響應或階躍響應曲線，把

27、它們在采樣時刻的一系列數(shù)值作為描述對象動態(tài)特性的信息，從而構成預測模型，這樣就可確定一個控制量的時間序列，使未來一段時間中被控變量與經(jīng)過“柔化”后的期望軌跡之間的誤差最小。針洗化廠生產系統(tǒng)的特點，采用時滯系統(tǒng)多步模型算法控制(MC)，它由預測模型、反饋校正、滾動優(yōu)化、參考輸入軌跡組成。它采用基于脈沖響應的非參數(shù)模型作為預測模型，用過去和未來的輸入輸出信息，根據(jù)預測模型，預測系統(tǒng)未來的輸出狀態(tài)，經(jīng)過用模型輸出誤差進行在線校正后，再與參考軌跡進行比較，應用二次型性能指標進行滾動優(yōu)化，然后再計算當前時刻應加于系統(tǒng)的控制動作，完成整個控制循環(huán)。3.2預測模型 （3-1） 在（3-1）式中，時刻預測模型

28、輸出；時刻系統(tǒng)的輸入；被控系統(tǒng)的脈沖響應序列值；脈沖響應序列長度；時滯步數(shù)。對（3-1）進行差分運算，即得到增量模型： （3-2）式（3-2）中 對于多步預測，設P為預測時域長度，M為控制時域長度，且NPM并設k+M-1時刻后控制量不再改變，則有： （3-3）令 （3-4）對式（3-4）進行化簡合并，的到多步預測模型的矩陣表達式： （3-5）式（3-5）中 （3-6）當時 當時 (3-7) 3.3反饋校正對預測模型輸出誤差進行反饋校正，得到閉環(huán)輸出預測算式: （3-8）式（3-8）中時刻輸出預測值；時刻預測模式輸出誤差；誤差校正系數(shù)。 （3-9）時刻實際系統(tǒng)輸出值。令則有： （3-10）將式（

29、3-5）代入式（3-10）得到多步輸出預測矩陣表達式； （3-11）3.4參考軌跡在MAC算法中，控制目的是使實際系統(tǒng)的輸出沿著一條事先規(guī)定的曲線逐漸到達設定值，這條指定的曲線稱為參考軌跡。對于有時滯的系統(tǒng)式（3-11）預測時刻起的輸出值，為此，參考軌跡的算法修正為： （3-12）式（3-12）中：設定值；軌跡系數(shù)。3.5最優(yōu)控制律計算多步預測控制律選用輸出預測與參與軌跡只差和控制最加權的二次型性能指標： （3-13）式（3-13）中：令，經(jīng)化簡得控制律： （3-14）3.6控制方案確定1234568910731 產量預測控制系統(tǒng) 31圖中：1MAC控制器。2極點配置系數(shù)。3原料輸入調節(jié)器。4

30、添加劑流量調節(jié)器。5添加劑流量。6原料。7原料與添加劑的比。8、9、測量。10產量與原料比。主被控對象產量與原料比系統(tǒng)純滯后時間長、慣性大、干擾多，因此主控器選用MAC預測控制算法。由于主對象存在積分環(huán)節(jié)，無法直接測得非參數(shù)脈沖響應模型，故在系統(tǒng)中采用極點配置法獲得開環(huán)穩(wěn)定的廣義對象，從而得到非參數(shù)脈沖響應對象。工藝添加劑流量波動較大，采用單回路閉環(huán)控制。由于整個系統(tǒng)的滯后時間長，為及時克服轉化、變換工段產生的干擾，引入變換氫副調節(jié)回路。3.6預測模型測試由式（3-1）可知，要實施MAC算法，必須要獲得被控系統(tǒng)的非參數(shù)脈沖響應模型，即獲得式（3-2）中的脈沖響應系列值。本文MAC算法中的脈沖響

31、應序列值從現(xiàn)場階躍響應測試數(shù)據(jù)中獲得。現(xiàn)場測試具體步驟如下：a.投入工藝添加劑及原料調節(jié)回路。b.測試原料調節(jié)回路(副回路)給定值至產值比之間的廣義對象模型。c.用以上模型進行計算機仿真，選定一合適的極點配置系數(shù)崎。d.對崎值進行現(xiàn)場實際測試調整，以獲得合適的廣義主對象階躍響應特e.用得到的廣義主對象階躍響應系列數(shù)據(jù)，根據(jù)下式: （3-14）求得脈沖響應模型序列值，式中為階躍響應序列值。最后，只要系統(tǒng)的廣義對象階躍響應與獲得脈沖響應模型(預測模型)階躍響應曲線能較好地擬合，即能控制好產值比。3.7聯(lián)鎖停車系統(tǒng)當生產中出現(xiàn)斷電、斷儀表空氣、溫度過高以及設備故障時，如不迅速處理，會造成重大損失。根

32、據(jù)洗化廠的生產特點，新設計一套緊急停車聯(lián)鎖系統(tǒng)。為保證聯(lián)鎖信號的可靠，在現(xiàn)場的儀表原料總管上安裝兩臺壓力變送器(不同的取壓點)；在添加劑總管上安裝兩套流量孔板和兩臺差壓變送器。這樣只有當兩臺儀表原料流量變送器的測量值都低于聯(lián)鎖值時，或兩臺添加劑流量變送器的測量值都低于聯(lián)鎖值時，還有就是發(fā)電機內心的溫度過高時，才能導致全系統(tǒng)緊急停車，避免因變送器故障而造成全系統(tǒng)誤停車。 圖3-1緊急停車聯(lián)鎖圖圖3-1中PSL150A、B是添加劑流量低聯(lián)鎖觸點。FSL160A、B是原料流量低聯(lián)鎖觸點。EJ是來自電氣的斷電觸點。PB1是消除按鈕。PB2是緊急停車按鈕。SWl是是否投聯(lián)鎖的開關。IJ、1J1分別是壓縮

33、機內壓力調節(jié)閥繼電器及其常開延時打開觸點。2J、2J1分別是原料流量調節(jié)閥繼電器及其常開延時打開觸點3J、3J1分別是添加劑流量調節(jié)閥繼電器及其常開延時打開觸點。4J、4Jl分別是原料機內存量調節(jié)閥繼電器及其常開延時打開觸點。5J、5J1分別是添加劑機內存量閥繼電器及其常開延時打開觸點。是兩位三通常通型電磁閥。在正常時(電磁閥線圈不帶電)，電一氣閥門定位器的控制氣源信號直接送到調節(jié)閥膜頭;工況異常時(電磁閥線圈帶電)，電磁閥切斷電一氣閥門定位器到調節(jié)閥膜頭的控制氣源信號，同時將調節(jié)閥膜頭內剩余的空氣排放至大氣，以使調節(jié)閥迅速朝著使系統(tǒng)安全的方向動作。由于集散控制系統(tǒng)配備有UPS，故在全系統(tǒng)停電

34、時也能保證聯(lián)鎖的正常動作。3.8儀表的更換及增加 為實現(xiàn)洗化廠生產系統(tǒng)的DCS改造，必須將所有氣動儀表更換為具有通信功能的智能儀表;將氣動浮筒液位調節(jié)器更換為電容式物位計;同時在工藝管道上流量分析表，以實現(xiàn)對主要工藝介質含量的在線檢測。4 DCS的選型及組態(tài)4.1DCS的選型根據(jù)性能價格比，我選用北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司生產的HS2ooo-Plus型集散控制系統(tǒng)。此套系統(tǒng)具有以下主要的技術特點:(l)高可靠性采用冗余電源、冗余系統(tǒng)網(wǎng)絡、冗余主控模塊、冗余FO模塊，可帶電更換板件，系統(tǒng)平均故障時間(MTBF)不低于100，000h。(2)系統(tǒng)的操作性強因為采用先進、全面、中文組態(tài)軟件，可方

35、便地進行數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制及算法組態(tài)、圖形組態(tài)、報表組態(tài)、歷史庫組態(tài)、追憶庫組態(tài)，系統(tǒng)可操作性很強。(3)系統(tǒng)的開放性好系統(tǒng)的操作員站和工程師站選擇通用高可靠工業(yè)PC機，無需考慮備品、備件，升級容易;系統(tǒng)網(wǎng)絡上可直接掛接PC機作為網(wǎng)關，連入廠級信息管理系統(tǒng)，加上管理功能，可方便地構成CIMS系統(tǒng);系統(tǒng)向下可掛接各種PLC及智能儀表，可通過開發(fā)通訊軟件實現(xiàn)連接。4.2系統(tǒng)配置 根據(jù)生產現(xiàn)場儀表及新增儀表的數(shù)量，確定系統(tǒng)確定以下配置:工程師站:l臺操作員站:2臺歷史站:1臺現(xiàn)場控制站:5臺服務器:1臺UPS:一套對于工業(yè)控制系統(tǒng)來說，計算機的穩(wěn)定性是第一的，故工程師站、操作員站、歷史站的基本配置如下

36、:CPU:P 2GHz內存:金士頓2GSDRAM硬盤:星鉆160G雙冗余令牌總線(TOKENBUS)網(wǎng)絡控歷史站無以下配置(有歷史站半導體卡):光驅:LG DVD16X顯示器:PHILIP21英寸HP彩色打印機專用薄膜操作鍵盤、軌跡球工程師站半導體卡、操作員站半導體卡4.3HS2000一Plus集散控制系統(tǒng)的結構 圖4-1DCS結構圖4.4現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站是DCS完成現(xiàn)場測控的重要站點。它由主控單元、智能IO模塊、電源模塊和專用機柜組成，在主控單元和智能I/O模塊上，分別固化了實時控制軟件和IO板級軟件。HS2000-Plus的現(xiàn)場控制站內部采用分布式結構。與系統(tǒng)網(wǎng)絡相連的是主控單元(由C

37、PU板和多功能卡等組成)，可冗余配置，主控單元通過控制網(wǎng)絡(CNET)與各個智能IO模塊相連。IO板級軟件固化在系統(tǒng)的輸入輸出模板中。IO模板加電自檢后，在模板上運行的各軟件將直接向主控單元請求組態(tài)生成的初始化數(shù)據(jù)，用以初始化IO模板的工作方式，然后進入預訂的處理程序。板級軟件還有通信功能，一面接收由主控單元傳來的控制輸出和初始化數(shù)據(jù)，一面向主控單元傳送數(shù)據(jù)和模板的自檢狀態(tài)信息。固化在主控單元上的實時控制軟件運行在一個嵌入式的多任務處理系統(tǒng)中，主要完成以下功能:(l)信號轉換與處理對功能模塊采集上來的數(shù)據(jù)進行線性或非線性化轉換、報警處理、輸出處理等。(2)控制運算以組態(tài)規(guī)定的周期完成連續(xù)控制運

38、算、梯形邏輯運算和計算公式運算。系提供的時間基準值有，50ms、100ms、200ms、250ms、500ms和1000ms幾種，控制周期是基準值的任意整數(shù)值。(3)通信首先是通過系統(tǒng)網(wǎng)絡與上位機(操作員站和工程師站)通信，一方面接收工程師站或操作員站的下裝數(shù)據(jù)和詞組織修改的數(shù)據(jù)，另一方面將該站所有的實時數(shù)據(jù)以每秒兩次的頻率上網(wǎng)廣播：其次通過控制網(wǎng)絡向IO模板傳送初始化數(shù)據(jù)和控制輸出數(shù)據(jù)并接收模板采集的數(shù)據(jù)和報告的狀態(tài)。(4)其它具有自診斷、主從切換時保持數(shù)據(jù)一致等功能，保證系統(tǒng)持久運行。 4.5操作員站操作站上運行的軟件是專用實時監(jiān)控軟件，運行在搶占式的實時多任務操作系統(tǒng)中。此軟件的主要功能

39、有:(1)圖形顯示與會話可通過多種途徑切換到各個畫面，畫面的切換和刷新時間為0.5秒;在一幅流程圖上可顯示立體圖形，可重疊開窗口并實現(xiàn)會話操作;可滾動顯示大幅面流程圖。(2)控制調節(jié)可進入各種回路調節(jié)窗口，修改設定值、切換控制方式和整定回路參數(shù)。(3)趨勢顯示包括模擬量和開關量的實時趨勢及歷史趨勢顯示，系統(tǒng)可容納上千條曲。(4)報警管理與顯示在流程圖上，以閃爍、變色、箭頭等顯示有報警的對象；報警確認后，回顧方式列表顯示報警信息。所有的報警列表都可打印。(5)報表管理與打印報表可通過定時、設計驅動或人工觸發(fā)方式打印。 4.6工程師站工程師站用于對應用系統(tǒng)進行功能組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)下裝，插入操作員站半

40、導體卡也能起到運行監(jiān)視的作用。工程師站配有HS-Plus組態(tài)軟件包，為用戶提供一個靈活、方便、全面的工程平臺，以實現(xiàn)用戶的各種控制策略。4.7歷史站歷史站保存了整個系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，可完成對歷史數(shù)據(jù)的收集、存儲和發(fā)送。當操作員站通過歷史網(wǎng)絡向歷史站發(fā)出歷史數(shù)據(jù)申請時，歷史站將歷史數(shù)據(jù)發(fā)送給操作員站。4.8系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡結構HS2000-Plus系統(tǒng)是一個三層網(wǎng)絡結構，三層網(wǎng)絡將整個系統(tǒng)分為管理級、操作級和現(xiàn)場級。(1)管理協(xié)調網(wǎng)絡MNET是系統(tǒng)的最高一級網(wǎng)絡，它的主要功能是完成不同裝置之間的協(xié)調控制、數(shù)據(jù)通信。(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡SNET是連接工程師站、操作員站和現(xiàn)場控制站等節(jié)點的實時通訊網(wǎng)絡，其冗余

41、結構、熱備份工作，保證在如何一網(wǎng)絡失效的情況下不影響系統(tǒng)通信，它的主要功能是將工程師站組態(tài)后生成的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡下裝到操作員站、歷史站和現(xiàn)場控制站的主控單元，現(xiàn)場控制站的主控單元再將部分組態(tài)數(shù)據(jù)下裝到IO模板上。在系統(tǒng)運行時，操作員發(fā)出的控制輸出數(shù)據(jù)由操作員站經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡傳送到現(xiàn)場控制站;而實時數(shù)據(jù)則由現(xiàn)場控制站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡傳送到各個其它節(jié)點。(3)控制網(wǎng)絡CNET是現(xiàn)場控制站內的網(wǎng)絡，即各個I/O組件之間及各組件內部的各模塊之間的網(wǎng)絡，它有支持多主結構、提供優(yōu)先級控制、很強的錯誤識別處理能力等特點。5系統(tǒng)的組態(tài)5.1數(shù)據(jù)庫組態(tài).HS2000-Plus集散系統(tǒng)系統(tǒng)的組態(tài)包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制算法

42、組態(tài)、圖形組系統(tǒng)管理組態(tài)、引用組態(tài)和報表組態(tài)等。數(shù)據(jù)庫組態(tài)就是在數(shù)據(jù)庫中存放每個點的數(shù)據(jù)、類型、物理地址、信號處理和顯示方式等信息。數(shù)據(jù)庫組態(tài)是以站為單位來進行的，組態(tài)順序一般按站信息、設備信息、點信息三個層次從上到下定義，組態(tài)過程采用填表的形式。(1)站配置組態(tài)站配置組態(tài)的含義是將整個站作為一個配置點，對其運行的狀態(tài)及報警管理信息等加以說明。如:某現(xiàn)場控制站網(wǎng)卡發(fā)生故障，則該站配置點出現(xiàn)報警，系統(tǒng)會根據(jù)組態(tài)中選定的報警級別及報警方式相應處理。另外，各站的硬件配置信息也在此定義。 圖5-1站配置組態(tài)圖5-1中名稱：該項由系統(tǒng)內定，用戶無法更改。報警級別：可選普通、次急、緊急、特急。報警方式：可

43、選存盤、顯示、發(fā)聲、打印的任意組合。置0說明：該點位為0時的含義。是由任意字符組成的字符串，長度最多8個字符。置1說明：該點位為l時的含義。是由任意字符組成的字符串，長度最多8個字符。站類型：可選工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站。(2)設備組態(tài)設備組態(tài)主要是確定設備名稱、供通信服務程序尋址的設備通信地址、作方式和冗余狀態(tài)。(3)點的組態(tài)點的組態(tài)包括模入量、模出量、數(shù)入量、數(shù)出量等的組態(tài)。我們以模入為例來說明。圖5-1模入量組態(tài)圖圖5-1中操作記錄：可選不記錄、存盤、打印、存盤打印。報警級別：可選普通、次級、緊急、特急，同站配置組態(tài)。報警方式：可選存盤、顯示、發(fā)聲、打印及它們之間的組合。報警檢測：

44、可選禁止、允許。報警上限：一級報警方式的上限物理值。報警下限：一級報警方式的下限物理值。報警上上限：一級報警上限值加七報警增量值。報警下下限：一級報警下限值減去報警增量值。報警死區(qū)：報警的不靈敏區(qū)物理值。量程上限：信號上限對應的物理值。量程下限:信號下限對應的物理值。單位可選無單位、l、%、kg、mm、KW也可由用戶直接填寫。初始值:系統(tǒng)加載時的初始物理值。顯示上限:顯示用最大物理值。顯示下限:顯示用最小物理值。棒圖起始值:畫棒圖時，棒圖起點處的物理值。濾波類型:可選不濾波、平均濾波、中值濾波、加權濾波。放大倍數(shù):可選l、2、10、20、5仇100、200、500。放在倍數(shù)可按如下公式計算:放

45、大倍數(shù)=其中，ADV是A/D轉換的輸入量程。對于單、雙極性10V的信號，ADV為10V;對于雙極性20V的信號，ADV為20V。初始巡檢:可選巡檢、不巡檢，即系統(tǒng)加載時的巡檢方式。巡檢周期:時間基準的倍數(shù)，可選1-10。設備號:根據(jù)配置確定，可選1-8。通道號:正整數(shù)，其取值需根據(jù)具體設備定，對2F40，可填入1-16。物理地址:可選0-65535之間的整數(shù)。端子號:由任意字符組成的字符串，長度最多為8個字符。信號轉換:分為五種轉換方式。標準轉換:單擊此項可彈出一對話框，提示用戶繼續(xù)選擇輸入信號類型:可選4-20MA/l-5V或0-10mA/0-1OV。非標準轉換:單擊此項可彈出一對話框，提示

46、用戶填寫對應量程的轉換上下限值，對于16位數(shù)點，選擇。0-65535之間的數(shù)值;對于12位數(shù)點，選擇之間的整數(shù)值。此功能適用于線性但非標準的模入信號。對于0-5V的信號，也可選用非標準轉換。線性化:單擊此項可彈出一對話框，提示用戶選擇熱電阻或熱電偶型號。熱電偶型號有B、BP、BN、E、J、JP、JN、K、KP、KN、R、S、T、TP、TN、EA-2、EU-2等。熱電阻型號有Pt1OO、Cu50、BAI、BAZ等。若是熱電偶信號，還需填寫冷端信號點名，并對冷端點進行組態(tài)。若是熱電阻信號，還需填寫路電壓和橋臂電阻值，應與硬件板上的實際值一致，不要隨意改動。非標準線性化:單擊此項可彈出一對話框，提示

47、用戶輸入非標準線性化公式名稱，命名規(guī)則與點名規(guī)則相同。、公式內容在計算公式(結構化文本語言)生成中定義。開方:單擊選中此項，表明信號需要進行開方處理，否則為不開方。此處開方是按帶小信號切除的標準液體流量計算方式進行的，對于帶溫度壓力補償?shù)挠嬎銊t需要用非標準線性化定義公式處理。5.2控制算法組態(tài)控制算法組態(tài)用來生成系統(tǒng)所有回路連續(xù)控制算法、順序控制算法、特殊處理算法及統(tǒng)計算法。它提供的功能塊圖(Function block)編程語言，能全面地滿足過程控制領域的組態(tài)要求。我們只需從功能塊庫中選定模塊，再按規(guī)定的數(shù)據(jù)加工流程把這些模塊用信號連線連接起來即可。功能塊圖要經(jīng)過系統(tǒng)管理軟件鏈接成系統(tǒng)庫，并

48、下裝到各站，才能供各在線任務訪問并執(zhí)行相應的運算與顯示功能。功能塊圖是以用圖形形式功能塊語言編制的用于完成一定運算或控制功能的程序。其圖形表示如下:圖5-2功能模塊圖圖6-4中算法名：用來描述該類功能模塊所完成的運算功能，如加法、PID調節(jié)器等。算法名由系統(tǒng)規(guī)定，一般最多4個漢字。算法標識名在功能塊圖中每增加一個功能模塊，即在系統(tǒng)中定義了一個模塊實體。該模塊實體才是可以執(zhí)行的，相當于函數(shù)的調用語句;它既規(guī)定了要執(zhí)行的運算的類型，又包含了運算子程序運行時所需的具體數(shù)據(jù)。每個模塊實體在系統(tǒng)庫中都有一個對應的數(shù)據(jù)庫點。因此，需在給模塊實體定義一個實體名，又稱算法標識名，它在整個系統(tǒng)范圍內是唯一的。輸

49、入端與輸出端：功能模塊的輸入端相當于函數(shù)的形參，它有規(guī)定的數(shù)據(jù)類型如浮點型、開關型等。功能模塊的輸出端相當于函數(shù)的返回值。參數(shù)表：每種類型的功能模塊都有一個參數(shù)表，表的長度和內容由算法確定。參數(shù)表中的參數(shù)項是模塊運行時需要的體現(xiàn)用戶特性的數(shù)據(jù)，如PID算法模塊的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)等。在HS2000-Plus中，系統(tǒng)預定義的功能模塊總共有60余種，這些模塊按其功能可分為下面幾組。表5-1功能模塊分組表模塊分組功能模塊四則運算加法、減法、乘法、除法、開平方、絕對值、指數(shù)、對數(shù)、多項式邏輯運算邏輯與、邏輯或、異或、邏輯非、RS觸發(fā)器、定時器、計算器、D觸發(fā)器、數(shù)字開關比較選擇比較器、高選擇、低選

50、擇、最大值、最小值、信號選擇、統(tǒng)計、數(shù)值濾波、滯后比較折線積算流量積算、斜坡函數(shù)、折線函數(shù)、設定曲線、斜率報警限制幅值報警、開關報警、偏差報警、速率報警、幅值限制、速率限制、變化限制、接地選線控制（一）PID調節(jié)、操作器、開關手操、伺服放大、無擾切換、灰色預測、模糊控制、組合伺放控制（二）一階慣性、二階慣性、微分、積分、超前滯后、一階滯后、二階滯后、順控設備、調節(jié)門其他算法時間運算、時間判定、事件驅動、類型轉換、模擬儲存、公式運算5.3圖形組態(tài) 一個實時控制系統(tǒng)的顯示圖，包括圖形靜態(tài)畫面和動態(tài)顯示兩部分。圖形組態(tài)主要包括靜態(tài)圖編輯和動態(tài)點的設置。(1)HS2000-Plus系統(tǒng)的靜態(tài)圖形組態(tài)采

51、用類似于晰windows Paintbrush風格的繪圖方法。繪圖工具箱中以多種形象化的圖標形式提供多種繪圖工具，調色板和線寬、線型圖符可使用戶方便地選擇當前畫筆的顏色和繪制寬度。其它如線、三角、橢圓、弧等基本圖形及填充、放大、噴霧、擦除等操作工具，只需用鼠標拾取所需的基本圖形或操作工具的圖符，即可方便地啟動相應功能的操作。此外，該工具中包含了立體圖形的制作功能。在立體圖符庫中提供了反應塔、彎管接頭等上百種立體圖符。調出的圖符可拉伸、連接、旋轉。(2)動態(tài)點是一類隨與它相關的點的實時值變化而變化的圖形單元，變化的速度為刷新周期，變化的內容有顏色、大小、形狀等，按動態(tài)點的類型而定。系統(tǒng)提供包括說明、數(shù)值顯示、棒圖、熱點、標尺、跟蹤曲線、開關變色、動態(tài)圓等數(shù)十種動態(tài)點類型，其中熱點類型又包括開窗口和圖形切換。5.4系統(tǒng)管理組態(tài) 系統(tǒng)管理的功能首先是對應用系統(tǒng)的總體結構進行定義，