ECS-700控制系統(tǒng)在特種紙機(jī)上的應(yīng)用

楊國(guó)安

(牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江，157013)

牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱恒豐紙業(yè))年產(chǎn)6000 t高透氣度成型紙生產(chǎn)線于2012年10月竣工投產(chǎn)，項(xiàng)目總投資1.9億元。造紙機(jī)采用斜網(wǎng)布漿、兩段沖漿、薄膜涂布、空氣轉(zhuǎn)向、穿透干燥，配備ECS-700 DCS控制系統(tǒng)，可生產(chǎn)透氣度高達(dá)2000～32000 CU的成型紙和多種高附加值特種紙?，F(xiàn)就ECS-700 DCS控制系統(tǒng)在特種紙機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)和系統(tǒng)配置進(jìn)行介紹，以供同行參考。

1 ECS-700控制系統(tǒng)功能介紹

ECS-700系統(tǒng)具有管理大型聯(lián)合裝置的能力。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到控制設(shè)備、控制網(wǎng)絡(luò)、控制器和客戶端都可以實(shí)現(xiàn)冗余控制，不但確保DCS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和控制器安全，也保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。如將信息網(wǎng)擴(kuò)展到外網(wǎng)或者與第三方通信必須安裝系統(tǒng)防火墻，保證ECS-700系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 ECS-700控制系統(tǒng)的構(gòu)成

ECS-700控制系統(tǒng)由控制節(jié)點(diǎn) (控制站及配套設(shè)備)、操作節(jié)點(diǎn) (操作站、工程師站、數(shù)據(jù)站等)及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) (包括信息管理網(wǎng)、過(guò)程信息網(wǎng)Sonet、過(guò)程控制網(wǎng)SCnet、I/O總線)等構(gòu)成。圖1所示是恒豐紙業(yè)T3特種紙機(jī)DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，A和B是冗余過(guò)程控制網(wǎng)，C是過(guò)程信息網(wǎng)。

ECS-700系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性和開(kāi)放性，可通過(guò)增加控制節(jié)點(diǎn)、操作節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)位號(hào)，方便地?cái)U(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模。ECS-700系統(tǒng)支持 Profibus、Modbus、OPC通信協(xié)議與第三方系統(tǒng)連接，并支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接信息管理網(wǎng)，共享數(shù)據(jù)。由圖1可知，T3特種紙機(jī)DCS系統(tǒng)安裝2個(gè)控制節(jié)點(diǎn)和8個(gè)操作節(jié)點(diǎn)，機(jī)柜室安裝3個(gè)I/O柜和2個(gè)繼電器柜;2個(gè)控制節(jié)點(diǎn)除了控制本系統(tǒng)I/O點(diǎn)外，還分別控制2組菲尼克斯DP通信模塊以及西門子DP-COUPLER用來(lái)與傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行的通信。

3 ECS-700控制系統(tǒng)特點(diǎn)

ECS-700控制系統(tǒng)的機(jī)柜分為不帶側(cè)板和帶側(cè)板兩種，如圖2所示。每個(gè)機(jī)柜可以安裝一套冗余控制器單元和4個(gè)機(jī)架I/O單元。機(jī)架由導(dǎo)軌和PCB板兩部分構(gòu)成，它是連接控制器和I/O模塊的橋梁。PCB板提供機(jī)架與總線連接端口、模塊與總線連接端口、系統(tǒng)電源接線端口等，完成與I/O模塊基座、本地I/O總線、系統(tǒng)電源的電氣連接。在每個(gè)機(jī)架的頂端PCB板上都有4個(gè)JP跳線，用來(lái)設(shè)置機(jī)架地址，機(jī)架地址范圍為0～3。

圖1 ECS-700控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 ECS-700控制系統(tǒng)機(jī)柜

3.1 機(jī)架類型和機(jī)架地址

機(jī)架有兩種類型，分別是長(zhǎng)機(jī)架 (CN721)和短機(jī)架 (CN722)。長(zhǎng)機(jī)架可以安裝8個(gè)I/O機(jī)座、16個(gè)I/O模塊，短機(jī)架可以安裝4個(gè)I/O機(jī)座、8個(gè)I/O模塊。恒豐紙業(yè)T3特種紙機(jī)均采用長(zhǎng)機(jī)架。

3.2 I/O連接單元

I/O連接模塊COM711-S與MB722-S基座構(gòu)成一個(gè)I/O連接單元，是擴(kuò)展機(jī)柜中的核心單元及控制器與I/O模塊的中間環(huán)節(jié)。該單元基于冗余工業(yè)以太網(wǎng)的擴(kuò)展I/O總線與控制器通信，速率10/100 Mbps。一對(duì)冗余控制器可擴(kuò)展0～7個(gè)I/O連接模塊。1個(gè)I/O連接模塊通過(guò)冗余的本地I/O總線控制8個(gè)I/O模塊。

3.3 功能特點(diǎn)

(1)WDT看門狗復(fù)位功能，在模塊受到干擾而造成軟件混亂時(shí)能自動(dòng)復(fù)位CPU，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

(2)支持冗余結(jié)構(gòu)，每個(gè)機(jī)柜可配置雙 COM711-S模塊，互為冗余。

(3)與控制器通信使用硬件組播放式進(jìn)行，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高響應(yīng)速度。

(4)允許上位機(jī)使用故障診斷軟件進(jìn)行故障診斷。

(5)具有地址沖突檢測(cè)、斷線檢測(cè)、I/O通信故障檢測(cè)等自診斷功能。

4 I/O模塊

I/O模塊具備完全的1∶1冗余功能。采用免跳線設(shè)計(jì)，支持熱插拔，支持即插即用。新的模塊被安裝后上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)組態(tài)上載和單點(diǎn)下載功能可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)新安裝模塊組態(tài)。如果更換同型號(hào)新的I/O模塊，上電后可自動(dòng)完成初始化過(guò)程，無(wú)需人員操作。

I/O模塊應(yīng)用類型非常廣泛，除了常用的數(shù)字信號(hào)輸入輸出和模擬信號(hào)輸入輸出模塊以外，還有熱電偶、熱電阻、脈沖信號(hào)、位置調(diào)整模塊。每種模塊都具有自診斷功能，包括上電自診斷和運(yùn)行過(guò)程自診斷。自診斷方式可以通過(guò)模塊面板指示燈、監(jiān)控軟件中的實(shí)時(shí)故障診斷面板、設(shè)備管理軟件的詳細(xì)故障診斷功能獲取。

5 ECS-700控制系統(tǒng)在特種紙機(jī)上的典型應(yīng)用案例

(1)由于恒豐紙業(yè)T3特種紙機(jī)的主體設(shè)備由德國(guó)福伊特公司提供，所有控制標(biāo)準(zhǔn)都要按該公司的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程。系統(tǒng)本身帶有對(duì)應(yīng)設(shè)備的操作面板，但不符合福伊特的標(biāo)準(zhǔn)。恒豐紙業(yè)通過(guò)ECS-700控制系統(tǒng)，應(yīng)用小流程圖及點(diǎn)組功能自定義泵、閥門控制參數(shù)，診斷信息或相應(yīng)的連鎖信息等通過(guò)控制面板上二級(jí)彈出操作，其中二級(jí)彈出需求存在兩種情況:第一種彈出，要求彈出不同的流程圖畫(huà)面，該小流程圖為固定信息的小流程圖畫(huà)面;第二種彈出，要求彈出二級(jí)面板信息，面板上的信息有通用性，類似于二級(jí)點(diǎn)組的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)腳本的編程最終滿足了福伊特的控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 模塊及其屬性

圖4 定量閥門控制程序

圖5 絕對(duì)值編碼器模塊及其屬性

如二級(jí)面板編寫(xiě)如下:

Sub Button12_OnLButtonUp(nFlag，x，y)

If text25.Text =“SM1201”Then Form.ShowWindow“SM1201.pic”

End If

End Sub

(2)在T3特種紙機(jī)的流送系統(tǒng)中，定量閥是質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)之一。恒豐紙業(yè)采用美卓自動(dòng)化的定量閥門 nelesACE，由一個(gè)性能優(yōu)良的V型球閥、高精度的步進(jìn)電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)及反饋電位器組成。在一般的控制系統(tǒng)里通過(guò)控制回路的運(yùn)行周期以及開(kāi)關(guān)量的脈沖時(shí)間來(lái)控制閥門的開(kāi)度，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生控制超調(diào)、回差大等控制不穩(wěn)定現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行硬件模塊AM-711組態(tài)以及軟件上配套使用的編程模塊，最終完成了定量閥的高精度控制?？刂瞥绦蛩褂玫哪K及其屬性，如圖3所示。

定量閥門控制編程組態(tài)，如圖4所示。

(3)在T3特種紙機(jī)上采用了絕對(duì)值編碼器來(lái)測(cè)量卷曲次級(jí)臂角度值，同樣系統(tǒng)也提供了與絕對(duì)值編碼器配套使用的硬件模塊和編程模塊AM713。通過(guò)對(duì)硬件的組態(tài)以及編程，通過(guò)檢測(cè)次級(jí)臂的角度，在有效控制卷紙輥輥徑不斷增大的同時(shí)，保證卷紙輥和卷紙缸之間的線壓力恒定。絕對(duì)值編碼器測(cè)量角度的軟件模塊屬性基本參數(shù)，如圖5所示。

絕對(duì)值編碼器編程組態(tài)，如圖6所示。

(4)通過(guò)恒豐紙業(yè)信息化管理水平的不斷提高，所有信息的采集都是通過(guò)OPC的通信方式進(jìn)行。系統(tǒng)在OPC通信上最大的特點(diǎn)是:無(wú)需另安裝OPC軟件，因?yàn)橛脕?lái)進(jìn)行OPC通信的軟件全部集成在監(jiān)控軟件里，只要對(duì)方連接到該系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)，就能從中讀到所需要的標(biāo)簽。與QCS系統(tǒng)之間的通信也是通過(guò)OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。

圖6 絕對(duì)值編碼器編程組態(tài)

6 設(shè)備管理系統(tǒng)

在T3特種紙機(jī)上，所有的測(cè)量?jī)x表都是具有HART通信協(xié)議的智能儀表。所以在項(xiàng)目初期，恒豐紙業(yè)決定采用ECS-700系統(tǒng)中使用的八通道點(diǎn)點(diǎn)隔離電流輸入AI711-H模塊。具有HART通信協(xié)議的儀表信號(hào)進(jìn)入該模塊后被分為兩路:一路是HART信號(hào)，一路是電流信號(hào)。HART信號(hào)經(jīng)模塊后，通過(guò)控制器和SAMS通信服務(wù)器傳遞給SAMS數(shù)據(jù)服務(wù)器。電流信號(hào)經(jīng)模塊處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送給控制器參與控制。AI711-H SAMS軟件結(jié)合構(gòu)成設(shè)備管理系統(tǒng)，可對(duì)符合HART協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線的智能儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理。與之配套使用的中控設(shè)備管理系統(tǒng)軟件又稱 SAMS(SUPCON Asset Management System)軟件，SAMS提供一個(gè)設(shè)備管理與維護(hù)平臺(tái)，基于微軟 (Microsoft)Windows系列操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能快速掌握SAMS軟件的使用。目前SAMS支持HART智能設(shè)備管理和常規(guī)設(shè)備管理。記錄設(shè)備的組態(tài)信息、報(bào)警記錄和用戶操作記錄。使先進(jìn)的智能設(shè)備發(fā)揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護(hù)成本。通過(guò)使用SAMS也減少了通過(guò)用手持終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有HART通信協(xié)議的儀表進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置，也極大地減少了調(diào)試階段現(xiàn)場(chǎng)工作量，在日常維護(hù)工作中就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀態(tài)有更深入的了解和掌握。

圖7所示是與ECS-700系統(tǒng)配套使用時(shí)SAMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖7 與ECS-700系統(tǒng)配套使用時(shí)SAMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

7 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司T3特種紙機(jī)上的DCS系統(tǒng)，介紹ECS-700系統(tǒng)的特點(diǎn)。因工業(yè)安全性質(zhì)原因，在硬件系統(tǒng)配置上會(huì)有不同。在T3特種紙機(jī)的DCS系統(tǒng)配置中，控制器單元、控制網(wǎng)絡(luò)以及控制電源都采用冗余配置，I/O連接模塊以下未采用冗余配置。通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、調(diào)試以及維護(hù)，ECS-700控制系統(tǒng)已經(jīng)很好地發(fā)揮了作用。

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