| 榮獲“2003年度工控及自動化領域優秀典型應用”有獎評選活動 二等獎 |
 | 專家點評：這篇論文是用戶在雙氧水裝置中使用的總結，作者在深入了解工藝生產操作對控制系統要求的基礎上進行DCS選型，配置和軟件組態設計使DCS的算法，模塊功能和動態流程畫面通過安裝，調試應用，滿足工藝要求。本文針對雙氧水生產工藝的特點及對控制系統的要求，進行DCS系統選型、設計配置、圖形組態、控制組態，并通過現場調試應用，獲得顯著經濟效益。本文系統介紹了雙氧水裝置DCS控制系統設計實施的全過程，基于實踐體會提出許多實用建議和有效措施，具有指導性和示范性意義。 |
摘要：本文簡述了雙氧水的生產工藝，及工藝對控制系統的要求，DCS硬件、軟件的組態設計體會，及如何充分應用DCS功能塊實現各種控制方案。 關鍵詞：雙氧水生產裝置 DCS 組態 控制 1 引言 在工業過程計算機控制系統中，集散控制系統（DCS）已經成為一種主流控制系統，隨著DCS應用的深入，對DCS組態工作也由制造商轉向用戶完成。即通常所說的用戶組態。目前業內人士對DCS用戶組態工作的研究還局限于對DCS操作畫面組態的研究。本文介紹DCS在我廠雙氧水生產中的成功應用及本人在實踐中的體會，對DCS用戶組態提出一些看法。 2 系統工藝流程 本生產裝置包括新、舊兩個生產線。均包含五個工序：氫化工序、氧化工序、萃取凈化工序、后處理工序、工作液配制及回收工序 氫化工序把蒽醌轉化蒽氫醌或四氫化蒽醌。氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽氫醌和四氫化蒽氫醌，并轉化為蒽醌、四氫化蒽醌，同時生成雙氧水。萃取的作用是用無離子水從氧化液中萃取回收雙氧水，生產一定濃度的雙氧水溶液，該溶液再經過凈化處理后，不僅降低有機碳的含量，而且生產27.5~35%的產品出售市場。來自萃取的萃余液經過后處理再生處理后進入下一個使用循環過程。其生產過程如下:
2.1 工藝對控制系統的要求 2.1.1實現各個單元操作的集中監控，包括：溫度、壓力、流量、液位等物理量的監測與控制。動態參數檢測、控制必須準確、可靠。 2.1.2必要的遙控措施,對突發事件如停電等，系統應采取相應的保護措施，確保在緊急情況下或需要的時候對一些關鍵的控制點（閥門、馬達等）實施遙控。 2.1.3配置必要的報警和聯鎖。 2.1.4重要參數的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。 2.1.5可隨時監測有關單元的有關參數或重要設備的運行情況。 2.1.6控制系統操作簡單，參數設置、調整方便，便于操作，人性化的操作界面。 2.1.7操作員站顯示整個生產工藝流程，修改和打印各種有關參數。 2.2 系統控制檢測點 本系統溫度、液位等模擬量檢測點較多，熱電阻39個，4~20mA模擬量輸入98個，4~20mA模擬量輸出 48個,控制回路48個，開關量輸入26個。 3 硬件配置 在系統硬件配置時要縱覽全局,從滿足生產過程對控制的要求，現場變送器和
執行機構等部件特點,傳輸信號
電纜和DCS輸入/輸出卡件等方面全面考慮，從工藝的合理性、投資的經濟性、運行的可靠性、維修的方便性等進行綜合分析。我做如下配置，系統結構圖如附圖1 3.1冗余的系統服務器/操作站，配置1臺工程師站和1臺操作站，并預留PC接口，滿足了系統的操作需要，在工程師站上安裝操作站軟件，系統運行時可作為一臺操作站使用，系統開車時2個操作站同時參與操作。系統正常時將2個操作站分別用于新、舊系統的操作管理。 3.2冗余的高性能混合型控制器，兩個控制器之間熱備份，同時接受網絡數據，其中之一的控制器發生故障，備份控制器自動進入工作狀態。完成調節控制、數據處理、邏輯聯鎖、設備控制等功能。 3.3冗余的以太網和控制網，系統配置了2條網絡，監控層要求開放。數據通訊系統是將分散處理單元、輸入/輸出處理系統及工程師站和操作站聯接起來，以保證可靠和高效的系統通訊。因此采用冗余的以態網配置，通訊協議為TCP/IP標準協議，控制網要求安全。 3.4在I/O卡件配置上，采用預留出大于15%的擴展空間，卡件的類型盡量少，整個系統僅有5種I/O模件，從而減少了備件的種類和費用。在測溫模件選型時，考慮系統溫度測點較多，測溫元件類型相同，均為鉑電阻，因此采用RTD輸入模件，節省了變送器的投資費用。 3.5所有電源設備和部件冗余。
4系統功能 4.1工程師站功能 4.1.1用于程序開發、系統診斷、控制系統組態、數據庫和畫面的編輯及修改。 4.1.2生成任何顯示畫面和趨勢圖等，并能通過通訊總線加載到操作員站,能調出系統中任一已定義的系統顯示畫面進行修改等工作。 4.1.3通過通訊總線，可調出系統內任一分散處理單元的系統組態信息和有關數據。可將組態數據從工程師站上下載到各個分散單元的操作站。此外，重新組態的數據被確認后，系統能自動刷新其內存。 4.1.4具有離線和在線全代碼下載功能，不影響專置安全正常運轉，可以在線加入或摘除網絡設備而不影響其它網絡設備正常運轉。 4.1.5具有對DCS系統的運行狀態進行監控的功能。包括對各控制站的運行狀態、各操作站的運行狀態、各級網絡通訊狀態等方面的監控。 4.1.6具有在線組態功能。如：量程上下限的改變、控制參數的調整等。 4.1.7具有在線顯示組態圖上所有輸入/輸出、中間量的數值。 4.1.8工程師站設置操作保護密碼，以防擅自改變控制策略、應用程序、系統數據庫。 4.2操作員站功能 操作站是人機對話的界面，幾乎所有的控制指令和狀態參數都在此交換。在操作站上可以分別顯示各個流程圖上現場的各種工藝參數，控制驅動裝置、切換控制方式、調整過程設定值等，監控系統內每一個模擬量和數字量，顯示并確認報警、操作指導、記錄操作日志、記錄操作信息如改變設定值、手/自動切換以及時間等，顯示歷史趨勢圖，定時打印報表。操作簡單，滿足操作控制和生產管理的要求。 5、系統組態設計 一套用戶組態的DCS能否被成功應用，提高控制品質，使因其故障而造成的影響減小，方便監控和操作，其關鍵是組態設計的質量。DCS用戶組態是指在DCS中，按照其廠商提供的功能部件的特點、數量和性能，根據工藝設計要求，設計、實現并確定有關排列。DCS用戶組態工作是一件十分細致的工作，在組態過程中，既要了解生產過程對控制的要求，熟悉生產過程，深刻認識各種設備和過程的生產順序，明確生產過程和儀表的相互關系；還要熟練掌握DCS所提供的各個控制算法或模塊功能，以及各功能模塊提供的各參數的相互影響，從深度和廣度上對DCS、工藝生產過程以及控制要求有了足夠清楚的認識，完成組態工作。 5.1硬件排列組態 DCS硬件排列是指DCS輸入/輸出設備上的接線位置與外部生產過程參數位置之間的分配，DCS的設計思路之一是分散控制，合理的輸入/輸出信號組合可以使負荷分散。 硬件要均衡配置:將空槽位和預留I/O通分散安排,同時盡量使各控制站之間的負荷相對平衡。避免集中配置易造成局部信息流過于擁擠產生瓶頸，從而降低了DCS的整體性能，不利于I/O信號的合理調整，增加今后系統改造的難度。同時每個卡件將信號按照實際變化和重要性設置不同的執行周期，將不同執行周期的信號按物理位置合理的組合。如：LIC101、LIC102、LIC203、LIC206、LIC403，在生產過程中是重要的控制點，執行周期設置為50ms，而LI201、LI202、LI204、LI205等相對參數變化慢，因而執行周期設置為100ms，這樣同一卡件執行周期快慢搭配在一起，使輸入/輸出部件微處理單元的負荷較均勻，減少硬件因負荷過大而發生故障。同時對工藝操作相關的參數，如：氫化液儲槽液位LIC102，其泵出口流量FIC104，氧化液儲槽液位LIC206，其泵出口流量FIC204，再生液儲槽液位LIC403，流量FIC401。本裝置生產過程中氫化液、氧化液、再生液是循環的，為保持液位穩定必須流量平衡，將這些相互關聯的參數分配在不同的卡件，當某一卡件發生故障時，可以從相關參數來判斷，避免造成大范圍的控制癱瘓，將風險降到最低。硬件排列設計如附圖2 5.2應用軟件組態 應用軟件組態在工程師站完成，下載到DCS的控制器執行，控制器主要由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址設定開關等組成。CPU完成運算，ROM用來存操作系統、功能塊庫，功能塊在ROM中的排列是確定的，用戶是不能改變的。RAM用來存CPU的運算結果和I/O信號。E2PROM存用功能塊連成的控制方案。下電時，控制方案是不會丟失的。不僅如此，控制方案不合適，還可以修改。控制器在網絡中應該有地址，由這些地址開關來設定。功能塊在ROM中的排列有相應的地址。在運用這些功能塊時，應該標明該功能塊輸入輸出之間運算的關系，還有運算所需要的許多參數。在根據被控對象，確定控制策略形成控制方案時，在功能塊庫中選擇控制所需要的功能塊，弄清各功能塊之間的聯接關系，并首先定義它在E2PROM中的地址，并且和其它功能塊的聯系也都是用地址來表示的，同時填入所需參數，畫出每一個控制回路所需的功能塊以及它們之間的連接關系，這些工作稱為組態。 功能塊庫中最重要的功能塊是PID功能塊，它的輸出Y(t)和輸入X(t)的關系是比例-積分-微分關系，它在過程控制中有極其重要的作用。在完成閉環控制時一定要用到PID功能塊。閉環控制的單回路控制和串級控制回路的方框圖如圖一、圖二所示：
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