基于某工程尿素裝置自控系統(tǒng)（DCS）方案探討

周有利

摘要：本系統(tǒng)中的下位控制器采用日本山武株式會社（YAMATAKE）生產(chǎn)的功能強大、高可靠的AHC2001模塊化控制器和DMC10多通道控制模塊作實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和PID控制及其他開關(guān)聯(lián)鎖控制功能。系統(tǒng)柜與現(xiàn)場測量點及控制點之間均設(shè)有隔離式安全柵，使系統(tǒng)控制柜與現(xiàn)場信號完全隔離，最終保證現(xiàn)場設(shè)備安全運行，達到化工行業(yè)的防爆要求。提高尿素生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：尿素；組態(tài)；系統(tǒng)；控制

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）23-0274-03

1 系統(tǒng)概述

1.1 方案說明

根據(jù)甲方的要求，我們擬定的增加的兩道工序的控制方案如下：

下位控制器采用日本山武株式會社（YAMATAKE）生產(chǎn)的功能強大、高可靠的AHC2001模塊化控制器和DMC10多通道控制模塊作實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和PID控制及其他開關(guān)聯(lián)鎖控制功能。

采用兩臺DELLPC機和YAMATAKE的監(jiān)控軟件CPA作為上位監(jiān)控和設(shè)定操作平臺，數(shù)據(jù)存儲為分布式數(shù)據(jù)庫SQLSERVER2000或EXCEL2010格式。

系統(tǒng)柜與現(xiàn)場測量點及控制點之間均設(shè)有隔離式安全柵，使系統(tǒng)控制柜與現(xiàn)場信號完全隔離，最終保證現(xiàn)場設(shè)備安全運行，達到化工行業(yè)的防爆要求。

反應(yīng)釜溫度采用控制冷卻水的流量及投料的流量來達到控制溫度的目的，其功能實現(xiàn)只依賴控制模塊，和上位計算機沒有任何關(guān)系，上位機只起監(jiān)視和參數(shù)設(shè)定操作的作用，控制模塊能兼顧投料量及冷卻水等多種因素，一旦參數(shù)設(shè)定好后，不需要依賴計算機，就能達到既投料準確，又能確保恒溫的最理想目的。即使計算機關(guān)機，控制模塊也能單獨正常運行。也就是說山武自控系統(tǒng)產(chǎn)品的功能強、可靠性高是建立在多功能高可靠的控制模塊的基礎(chǔ)上的。

系統(tǒng)控制室設(shè)計安裝有：

一個操作臺計算機操作顯示臺（雙機熱備附打印機柜）：

系統(tǒng)柜與現(xiàn)場測量點及控制點之間均設(shè)有隔離式安全柵，使系統(tǒng)控制柜與現(xiàn)場信號完全隔離，最終保證現(xiàn)場設(shè)備安全運行，達到化工行業(yè)的防爆要求。

1.2 系統(tǒng)統(tǒng)測點分布

經(jīng)過分析，該系統(tǒng)需要測控的數(shù)據(jù)點如下表：

具體各點功能分布有待和貴方進一步確定。

1.3 系統(tǒng)配置

2 系統(tǒng)主要特點

高可靠性設(shè)計

本系統(tǒng)在環(huán)境溫度50℃，負荷量80%的條件下，無故障工作時間為45000小時。

AHC2001智能模件具有自診﹑自恢復(fù) ﹑掉電保護﹑故障隔離技術(shù)。

CPA3.6組態(tài)軟件具備多級管理密碼，防止非授權(quán)用戶操作與修改。

豐富的控制功能

測量精度可達0.2%FS。

控制模塊集成了基于模糊控制的PID算法和基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自整定﹑抑制超調(diào)快速回復(fù)設(shè)定值功能，使被控參數(shù)具有很好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

安裝維護簡便

系統(tǒng)采用開放式總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)部互連規(guī)范化，可方便用戶使用與維護。

模塊支持熱插拔，可在線修復(fù)。

控制模塊功能強﹑配置方便﹑類型少﹑配件少﹑易維修。

全開放高靈活

系統(tǒng)分布式，硬件模塊化，軟件組織化。整個系統(tǒng)可分布實施，可根據(jù)控制對象的規(guī)模與控制點數(shù)進行積木式的拼裝，進行最佳配置。

支持TCP/IP﹑MODEM﹑RS485/422/232C等多種網(wǎng)絡(luò)通訊，硬件擴展方便。

上位監(jiān)控軟件支持ACTIVEX﹑OPC﹑ODBC，全開放性設(shè)計，用戶可進行功能擴展和發(fā)揮。

界面友好功能強大

全中文操作界面，詳細的在線指導(dǎo)，操作簡便。

先進的圓形組織方，豐富的功能模塊，支持多種編程語言。

靈活方便的報表組織方式，可形成多種多樣的報表。

豐富的趨勢曲線便于系統(tǒng)運行分析和故障分析。

3 系統(tǒng)主要硬件及軟件優(yōu)勢介紹

3.1 智能模塊化控制器AHC2001——卓越的性能、豐富多彩的應(yīng)用

3.1.1 擬控制與邏輯控制的協(xié)調(diào)

CPU單元中備有PID控制功能塊（FB）。

過程邏輯控制和PID控制統(tǒng)一處理、實現(xiàn)過程/裝置控制所需要的各種處理。如裝置順控、多參數(shù)控制（特殊控制算法）、自動/手動切換、手動輸出、異常處理、連鎖條件等。

3.1.2 過程輸入輸出控制

多達32個回路、輸入輸出周期更新50MS，實現(xiàn)了高精度、快速反應(yīng)。

模擬輸入單元：輸入精度±0.2%FS、全量程輸入（可進行不同種類輸入設(shè)定）通道間的隔離。分辨率1/10.000模擬輸出單元：輸出精度±0.1%FS、周期更新50MS、分辨率1/5.000

3.1.3 多彩的控制種類、高性能的控制算法

微分先行型PID、串級控制、對于間歇干擾，采用了“JUST—FITTER”控制算法，使其在短時間內(nèi)抑制超調(diào)，快速恢復(fù)穩(wěn)定。另外，還具有批量處理裝置不可缺少的程序段設(shè)定功能及輸入處理中所使用的補償運算、開放運算、拆線近似等。

3.1.4 邏輯控制功能可與小型PLC匹敵

除模擬控制功能外，還有可與小型PLC匹敵的邏輯控制功能?？商幚矶噙_256點的數(shù)字量輸入/輸出，可組成象PLC那樣的在模擬量控制中不可缺少的連鎖信號的順控邏輯。小規(guī)模裝置中，可以統(tǒng)一控制機械控制邏輯和模擬量控制。

3.1.5 程序設(shè)定功能

具有批處理中不可缺少的程序設(shè)定功能。

本公司程序調(diào)節(jié)器提供了保證均熱時間，各段事件輸出等程序設(shè)定功能?？纱鎯?9個特性曲線，同步運行溫度、壓力等2回路。

3.2 網(wǎng)絡(luò)與功能——靈活對應(yīng)多樣化的裝置控制需求

1）PU單元中內(nèi)置USB端口、RS—232端口

提供了與PC裝置器連接的USB端口，既插既用，操作簡單。并且，還提供了 與書面顯示器或者個人計算機連接的RS—232端口，對應(yīng)各種的應(yīng)用要求。

2）實的通信功能

不僅具有邏輯控制和熱處理控制。而且還有與SCADA連接時不可缺少的以太網(wǎng)接口單元，實現(xiàn)與計算機、PLC的連接。可以與PLC以及電子儀表的RS—232C/RS—485串行通信單元。

3.3 山武CPA組態(tài)軟件優(yōu)勢介紹——CPA3.6軟件功能

CPA3.6軟件提供了豐富而完善的功能，可以滿足絕大多數(shù)用戶的實際需求。

圖形制作：利用CPA3.6系統(tǒng)的畫面開發(fā)環(huán)境，用戶可按自身意愿繪制工程中所需要的各種圖形。圖形開發(fā)系統(tǒng)提供了豐富而健全的繪圖工具，調(diào)色板支持無限色，圖形可進行無限色地過度效果處理。內(nèi)建了39種圖形庫，數(shù)百個工業(yè)元件圖形，方便用戶快速開發(fā)。CPA3.6提供了標準的趨勢控制曲線、溫度控制曲線、萬能報表降低了用戶二次開發(fā)設(shè)計的難度。此外CPA3.6允許在圖形制作中插入Adobe圖形、多媒體、Excel表格、Word文檔、BMP圖形等OLE對象。同時支持ActiveX控件、DDE通信標準、ODBC標準和OPC標準。

趨勢顯示：趨勢是現(xiàn)場分析工況重要的依據(jù)憑證。利用CPA3.6系統(tǒng)提供的標準趨勢圖形，用戶可方便完成趨勢的制作。本系統(tǒng)的趨勢可提供8條趨勢曲線顯示，趨勢可同時實現(xiàn)實時趨勢和歷史趨勢顯示，而且用戶可以在標準趨勢的基礎(chǔ)上自由擴展。

報警顯示：報警和事件是監(jiān)控軟件必不可少的功能。報警圖形可以按照用戶的定義實時顯示報警，以提醒操作員及時采取措施干預(yù)現(xiàn)場控制，用戶可以自由指定報警條件和報警級別。CPA3.6提供了標準的報警畫面，用戶可以在此基礎(chǔ)上追加各種功能。

I/O驅(qū)動程序：I/O驅(qū)動程序負責(zé)CPA3.6與I/0設(shè)備的通信。它將I/O設(shè)備存儲器中的數(shù)據(jù)讀出后，傳送到CPA3.6的實時數(shù)據(jù)庫中，然后在運行系統(tǒng)的畫面上動態(tài)顯示。CPA3.6內(nèi)置了眾多廠家設(shè)備的通信協(xié)議，可與眾多廠家的數(shù)百種設(shè)備進行通訊，其中包括：PLC（可編程控制器）、板卡、變頻器、智能?？臁⒅悄軆x表等。通過系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)航器，用戶可方便地追加各個廠家的設(shè)備，對不同的設(shè)備進行通訊，可以選擇以太網(wǎng)通信（TCP/IP通信協(xié)議）、標準串行通信（RS232C/RS422/RS485進行1 對1或1 對N通信方式）、報警方式（通過MODEM和電話線）通信等。

報表顯示：報表是生產(chǎn)過程中考核評定產(chǎn)品的依據(jù)，CPA3.6提供了多種報表模板，用戶可以方便地改變報表格式進行報表組態(tài)。CPA3.6為用戶提供了豐富的針對報表制作的函數(shù)，通過這些函數(shù)可以進行運算、數(shù)據(jù)處理、報表定時存儲、定時打印功能等。對于多次將要使用的報表，用戶可以將其制作為報表模板，方便日后重復(fù)使用。

Web頁發(fā)布：CPA3.6通過Web頁服務(wù)程序?qū)F(xiàn)場工況實時發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，可為處在世界各地的遠程用戶實現(xiàn)通過標準瀏覽器實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)過程。其設(shè)置過程非常簡便，只需要對Web頁服務(wù)器進行簡單配置即可。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】