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1 引言
隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工藝現(xiàn)場，其是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的綜合性高科技產(chǎn)品。DCS通過操作站對整個工藝過程進(jìn)行集中監(jiān)視操作、管理，通過控制站對工藝過程各部份進(jìn)行控制。DCS系統(tǒng)以其高可靠性、靈活性、人機(jī)界面友好性及通訊的方便性等特點(diǎn)，目前已大規(guī)模應(yīng)用于各行各業(yè)。
2 DeltaV控制系統(tǒng)簡介
DeltaV控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)上發(fā)展起來的，具有90年代國際先進(jìn)水平的新一代控制系統(tǒng)。DeltaV控制系統(tǒng)即繼承了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有工程師站、操作員站、I/O站，不同的是，它用現(xiàn)場總線的開放性和互操作性思想對DCS的控制網(wǎng)絡(luò)及控制站中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的通訊能力，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字通訊，引入了基于FF協(xié)議的現(xiàn)場總線接口，使整個系統(tǒng)與傳統(tǒng)的DCS相比更加靈活、開放。真正實(shí)現(xiàn)了通訊網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成，是新一代基于現(xiàn)場總線的工業(yè)控制系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn)。
（1） 開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和OPC標(biāo)準(zhǔn)。工程師站和操作員及控制器之間采用TCP/IP通訊協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型對等網(wǎng)，PC機(jī)之間通訊速率為100Mbps，控制器與PC機(jī)之間為10Mbps?，F(xiàn)場總線則以32.5Kbps速率在網(wǎng)卡與現(xiàn)場儀表之間通訊。對于以上結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)可以很方便的進(jìn)行規(guī)模上的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)真正意義上的硬件的靈活性和開放性。OPC服務(wù)器可以使上層企業(yè)管理人員方便的獲取DeltaV的數(shù)據(jù)信息。對于企業(yè)的產(chǎn)、供、銷管理起輔助策略作用，從而改變傳統(tǒng)DCS只生產(chǎn)不管理的思想，實(shí)現(xiàn)真正的企業(yè)管理網(wǎng)。
（2） 基金會現(xiàn)場總線（FF）標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
（3） 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即插即用，自動識別系統(tǒng)硬件，所有插件均可帶電撥插、操作維護(hù)簡單，實(shí)現(xiàn)真正的在線擴(kuò)展。
（4） DeltaV提供的AMS設(shè)備管理系統(tǒng)可以對所有符合HART協(xié)議和FF協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行在線組態(tài)，標(biāo)定、回路檢查及測量設(shè)備狀態(tài)。
（5） 系統(tǒng)運(yùn)行于Windows NT 4.0操作平臺上，使控制系統(tǒng)的可靠性和安全性得到保證。
（6） 擁有良好的操作界面和圖形用戶接口，使得人機(jī)交互變得簡單輕松；組態(tài)簡易直觀，大大減輕了組態(tài)工程師的工作量，最終促成系統(tǒng)盡快投運(yùn)。
（7） 具有較高的性能價(jià)格比，由于采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，把選擇的權(quán)力******限度地交給用戶，用戶可以根據(jù)自己的生產(chǎn)規(guī)模來定制系的大??；另外基于系統(tǒng)本身強(qiáng)大的控制功能，用戶只要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況更換控制策略，可以在不增加額外投資的情況下，滿足多種應(yīng)用要求。
由于DeltaV控制系統(tǒng)具有上述的技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)，從而保證DeltaV系統(tǒng)能夠勝任各種復(fù)雜的工藝控制任務(wù)。
在DeltaV控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)硬件由以下幾部份組成：一個或多個DeltaV工作站、一個用于系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)通信的控制網(wǎng)絡(luò)、一個或多個控制器，其功能就是用來執(zhí)行本地控制，管理數(shù)據(jù)、管理輸入輸出和控制網(wǎng)絡(luò)之間的通迅，每一個控制器都有一個子系統(tǒng)來處理現(xiàn)場設(shè)備的信息；系統(tǒng)識別器；不同數(shù)量的AI、AO、DI、DO模塊；系統(tǒng)電源及模塊電源。DeltaV控制系統(tǒng)軟件包括多種應(yīng)用程序，幫助用戶進(jìn)行組態(tài)、操作、記錄和優(yōu)化過程?；镜膽?yīng)用程序包括工程工具軟件和操作員軟件兩大類。工程工具軟件是組態(tài)工具軟件，如DeltaV瀏覽器、控制工作室、圖形工作室等，其主要工作就是完成系統(tǒng)組態(tài)，控制模塊組態(tài)和工藝流程圖組態(tài)。操作員工具軟件主要用于過程控制系統(tǒng)的經(jīng)常性操作，如過程歷史趨勢圖、診斷程序等。
3 DeltaV系統(tǒng)在合成氨中的應(yīng)用
紅磷公司1999年投產(chǎn)的3萬噸合成氨是為了解決公司磷銨生產(chǎn)中液氨供給嚴(yán)重不足而新建的一套小型合成氨系統(tǒng)。在合成氨工程中，首次采用了費(fèi)希爾—羅斯蒙特公司的DeltaV控制系統(tǒng)。根據(jù)合成氨的工藝特點(diǎn)和工藝設(shè)備分布，把合成氨的整個控制系統(tǒng)組成分成三部份，即造氣部份、聯(lián)合部分及脫硫部分。
在合成氨控制系統(tǒng)中，造氣部份和聯(lián)合部份分別設(shè)立單獨(dú)的工作站，它們之間通過光纜進(jìn)行通訊連接，而脫硫部份則通過一臺Modicon 公司PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，通過DeltaV的專用通訊接口與造氣部份進(jìn)行通訊連接，從而使整個控制系統(tǒng)連在一起。在合成氨控制系統(tǒng)中，一共配置有4臺操作站，一臺工程師站。其中在造氣工段，配置有兩臺操作站、M3控制器模塊兩塊、雙重化12V、24V電源供給及相應(yīng)的模擬、數(shù)字輸入/輸出模塊。在聯(lián)合工段，配置有兩臺操作站、一臺工程師站、M3控制器模塊兩塊、雙重化12V、24V電源供給及相應(yīng)的模擬、數(shù)字輸入/輸出模塊。各工段的操作站和控制器只能對本工段的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和控制，通過通信網(wǎng)絡(luò)，各工段都能相互調(diào)用和察看工藝參數(shù)。在脫硫工段中，配置有Modicon 公司PLC一臺用于脫硫工段的數(shù)據(jù)采集和控制，通過通信電纜與造氣的通信模塊相連，從而使各操作站都能看到脫硫的工藝參數(shù)，其通訊方式為半雙功，RS485通訊接口、波特率為9600bps。為了操作上的安全，對造氣工段及聯(lián)合工段的操作都設(shè)置了操作權(quán)限，即各工段只能對本工段的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，從而使工藝操作更為安全可靠。
為了提高DeltaV系統(tǒng)的可靠性，保證生產(chǎn)安全與連續(xù)、系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上對重要硬件采用了冗余設(shè)計(jì)。其中包括：（1）控制器冗余；（2）網(wǎng)絡(luò)冗余（即網(wǎng)絡(luò)適配器、網(wǎng)絡(luò)電纜和集線器冗余）。在日常生產(chǎn)中，一但這些部件出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，造成經(jīng)濟(jì)損失。采取冗余后，主、副兩者互為“熱備份”，即當(dāng)系統(tǒng)檢測到其中某一部件發(fā)生故障時，在無人工干預(yù)的情況下，會自動從故障部件切換到備用部件，這期間不中斷整個系統(tǒng)的運(yùn)行，從而******限度地為連續(xù)工藝生產(chǎn)提供了可靠的保障。
在DeltaV控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)組態(tài)工作一般包括數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，工作站的組態(tài)、控制器節(jié)點(diǎn)和控制網(wǎng)絡(luò)及用戶賬戶的組態(tài)，輸入輸出模塊組態(tài)和工藝流程圖的創(chuàng)建等。在物理硬件連接好以后，通過把各種組態(tài)信息下裝到控制器和工作站后，整個DeltaV控制系統(tǒng)就可以投用于工藝生產(chǎn)了。在平時的生產(chǎn)操作中，工藝操作人員通過系統(tǒng)操作畫面對整個裝置進(jìn)行操作及控制。系統(tǒng)操作畫面在結(jié)構(gòu)上分為系統(tǒng)標(biāo)題窗口和主窗口兩部分：（1）系統(tǒng)標(biāo)題窗口位于屏幕窗口上部，在系統(tǒng)標(biāo)題窗口中包含五個功能按鈕：系統(tǒng)口令、用戶登錄、儀表面板、報(bào)警消音和報(bào)警查詢。（2）系統(tǒng)主窗口位于標(biāo)題窗口之下，系統(tǒng)啟動后，首先在系統(tǒng)主窗口中的一幅廠區(qū)總貌畫面。通過總貌畫面可以調(diào)出相應(yīng)工段的操作畫面，供工藝人員對該工段實(shí)行實(shí)時監(jiān)控和操作。系統(tǒng)主窗口的底部有六個功能按鈕，這六個功能按鈕是畫面目錄、總貌信息、歷史查詢、事件查詢、報(bào)表打印、系統(tǒng)維護(hù)。在生產(chǎn)過程中，工藝操作人員可以通過這六個功能按鈕進(jìn)行相應(yīng)的操作。例如，單擊歷史查詢按鈕，就可以調(diào)出歷史查詢操作畫面，通過相應(yīng)的工藝參數(shù)的歷史記錄曲線，工藝人員可以對歷史曲線作深入、細(xì)致的分析。借住DeltaV提供的處理歷史記錄曲線的工具軟件，可以查詢及分析系統(tǒng)產(chǎn)生故障和工藝事故的原因；通過分析參數(shù)曲線，可以對某段時期內(nèi)的工藝生產(chǎn)狀況進(jìn)行評估，從而為工藝的高效生產(chǎn)和科學(xué)管理提供數(shù)據(jù)。再如，單擊事件查詢按鈕，可以調(diào)出一份系統(tǒng)事件列表，在表中可以查詢到一段時期內(nèi)系統(tǒng)中發(fā)生的較大事件。查詢事件有助于查找故障、追查非法用戶，明確事故責(zé)任。
從1999年DeltaV控制系統(tǒng)在合成氨裝置投運(yùn)至今，對合成氨的生產(chǎn)實(shí)施監(jiān)控已取得了較好的效果，不僅生產(chǎn)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，而且對裝置的技術(shù)管理提供了大量的歷史數(shù)據(jù)，具有較好的控制效果及較高的可靠性。DeltaV控制系統(tǒng)在合成氨系統(tǒng)的應(yīng)用成功，不僅提高了整個裝置的自動化水平，同時降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，為工藝穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的操作條件。
4 結(jié)束語
隨著DeltaV控制系統(tǒng)在合成氨裝置中的成功應(yīng)用，為公司其它裝置應(yīng)用DeltaV控制系統(tǒng)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在公司6萬噸/年二水磷酸裝置、NPK技改裝置、4萬噸/年磷酸裝置及合成氨“3改8”的技改工程中都采用了DeltaV控制系統(tǒng)，并且都取得了良好的控制效果，為各裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障，取得了一定經(jīng)濟(jì)效益。隨著多套DeltaV控制系統(tǒng)在公司多套裝置中的應(yīng)用成功，不僅提高了各生產(chǎn)裝置的自動化水平，也使公司的整個自動化水平提高了一個檔次，為公司以后生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)管控一體化創(chuàng)造了條件。DeltaV控系統(tǒng)作為一種新型的控制系統(tǒng)，既繼承了傳統(tǒng)DCS的基本結(jié)構(gòu)，為原有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升級和改造提供了方便，同時它吸取了現(xiàn)場總線技術(shù)的開放性和互操作性的優(yōu)點(diǎn)，符合控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，為今后向FCS的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
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