CS3000DCS控制系統(tǒng)在PTA裝置的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,DCS 控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和完善。其控制策略涵蓋了傳統(tǒng) PID 控制、邏輯控制、順序控制等各種控制策略 ;同時(shí)使用 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的人機(jī)接口 ,使 DCS 的工程組態(tài)得到了簡(jiǎn)化 ,提高了工程組態(tài)效率。在遼化 80 萬(wàn) t PTA 改擴(kuò)建項(xiàng)目中采用橫河公司的 CENTUM CS3000 系列 DCS 系統(tǒng) ,完成對(duì)裝置生產(chǎn)過程的控制 ,為裝置的平穩(wěn)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。
CENTUM-CS3000系統(tǒng)是日本橫河公司推出的基于WINDOWS-XP的大型DCS系統(tǒng)。該機(jī)型繼承了以往橫河系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ,并增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)及信息處理功能。操作站采用通用PC機(jī),控制站采用全冗余熱備份結(jié)構(gòu),使其性能價(jià)格比最優(yōu),是目前世界上最先進(jìn)的大型DCS系統(tǒng)之一。
特點(diǎn)?、?監(jiān)控點(diǎn)可以由多個(gè)HIS(Human Interface StaTIon)同時(shí)操作,每個(gè)HIS也可以同時(shí)操作多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)(可以是不同崗位的多個(gè)監(jiān)控點(diǎn))。
?、?CS3000系統(tǒng)的處理能力非常強(qiáng)大,它可以處理100,000tags(工位號(hào))、4,000幅畫面(包括各種監(jiān)控畫面),每幅畫面上可顯示多達(dá)400個(gè)數(shù)據(jù)。
?、?人機(jī)界面比較好。選用Windows NT作為操作系統(tǒng),采用X—Windows(多畫面)技術(shù),類似一般的PC機(jī)??筛鶕?jù)工藝的要求,實(shí)現(xiàn)各種友好的控制監(jiān)測(cè)畫面。比如它可以用棒圖動(dòng)態(tài)顯示液/界位的變化;采用顏色、閃爍、聲音等手段提醒操作人員發(fā)生過程報(bào)警及高低級(jí)別;單點(diǎn)操作采用Faceplate(面板)類似于常規(guī)儀表的柱狀液晶顯示,監(jiān)視及操作較直觀。
?、?CS3000系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,足以完成一般生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)要求,并能對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)打印輸出。
?、菡Ia(chǎn)中可按需求在線修改組態(tài),更好地服務(wù)于生產(chǎn)。
?、抟子谂c信息系統(tǒng)(ERP、MES)相結(jié)合在Windows 2000、Windows XP的優(yōu)異網(wǎng)絡(luò)功能上,安裝上OPC上位接口,就可以很 方便地從上位對(duì)過程進(jìn)行訪問,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)級(jí)別的整體優(yōu)化。另外,不僅與安 裝OPC的PC連接可以連接,而且也具有與原來以UNIX為首的上位計(jì)算機(jī)連接功能。
?、吲cFA系統(tǒng)的連接性 在生產(chǎn)設(shè)備中,以生產(chǎn)后的包裝、庫(kù)存管理為首,需要與FA方面的系統(tǒng)特別是以PLC(Programmable Logic Controller)為主的子系統(tǒng)進(jìn)行同步CENTUM CS 3000具備與子系統(tǒng)連接用的豐富多樣的軟件包。能夠?qū)崿F(xiàn)包含子系統(tǒng) 在內(nèi)的優(yōu)化。
1 總體設(shè)計(jì)PTA 即精對(duì)苯二甲酸 ,是以對(duì)二甲苯為原料、以醋酸為溶劑裝置經(jīng)過氧化反應(yīng) ,再經(jīng)過加氫精致得來的。因此該裝置劃分為氧化、精致、輔助 3 個(gè)單元。DCS 就是要對(duì)該裝置的正常操作、開車、停車進(jìn)行控制。控制功能由控制站( FCS) 完成 ,主要包括指示回路、常規(guī) PID 控制、聯(lián)鎖、順序控制等 , 另外 , 由于PTA 生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜 ,因此還包括大量的復(fù)雜控制方案。操作站( HIS) 作為人機(jī)接口完成下列功能 ,指示被控制和非控制變量;操作控制回路 ,包括設(shè)定點(diǎn)、操作方式及輸出信號(hào); 記錄實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì) ;報(bào)警信號(hào)與顯示 ;系統(tǒng)狀態(tài)及診斷報(bào)告 ;報(bào)警累計(jì) ;工藝動(dòng)態(tài)圖形顯示;給操作員的信息;報(bào)告顯示。
為完成上述對(duì) PTA 裝置的控制和操作 ,氧化單元設(shè)置控制站( FCS) 2 套、操作站 ( HIS) 3 臺(tái) ,精致單元設(shè)置控制站 ( FCS) 1套、操作站( HIS) 3 臺(tái) ,輔助單元設(shè)置控制站 ( FCS) 1 套、操作站( HIS) 2 臺(tái) ,工程師站 1 臺(tái)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。
硬件設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖可以看到 CENTUM CS 3000 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有 V - net 網(wǎng)、Ethernet 網(wǎng)、ESB 總線、ER 總線。
V - net 網(wǎng)是用于連接系統(tǒng)組件(如控制站和操作站等) 的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)。每個(gè)域 ,既每條 V - net 網(wǎng)最多可以連接 64 個(gè)站 ,通訊方式為讀/ 寫通訊、信息通訊、link 傳遞 ,訪問控制為令牌傳遞 ;傳遞通路為冗余型總線 ,傳輸速率為 10 MB/ s ,通訊電纜可選用同軸電纜和光纜 ,系統(tǒng)采用同軸電纜。
Ethernet 網(wǎng)是系統(tǒng)內(nèi)部操作站 ( HIS) 之間信息相互連接網(wǎng)絡(luò) ,最多可以連接 16 個(gè)操作站( HIS) ,符合 IEEE 802. 3 標(biāo)準(zhǔn)。
ESB 總線(增強(qiáng)型串口背板總線) 為冗余的輸入/ 輸出通訊總線 ,用于連接本地控制站 ( FCS) I/ O 卡到節(jié)點(diǎn)以及控制單元( FCU) ,傳輸速率為 128 MB/ s.
ER 總線(增強(qiáng)型遠(yuǎn)程總線) 為冗余的輸入/ 輸出通訊總線 ,用于將遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)連接到 ESB.
總線上本地節(jié)點(diǎn)的接口卡 ,傳輸速率為 10 MB/ s. 由于系統(tǒng)與 MCC(馬達(dá)控制中心) 之間有大量的信號(hào)傳遞 ,因此為減少電纜敷設(shè) ,在 MCC 設(shè)置遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn) ,再通過 ER 總線傳送到控制室。
控制站( FCS) 結(jié)構(gòu)根據(jù)各工藝單元的輸入/ 輸出點(diǎn)數(shù)以及控制方案的復(fù)雜程度 ,氧化單元設(shè)置控制站 ( FCS0101 、FCS0102) 2 套、精致單元設(shè)置控制站( FCS0103) 1 套、輔助單元設(shè)置控制站( FCS0104) 1 套。各控制站所控制的點(diǎn)數(shù)雖不同 ,控制方案也不盡相同 ,但控制站的基本結(jié)構(gòu)和原則是相同的 , 主要構(gòu)成有現(xiàn)場(chǎng)控制單元( FCU) 、節(jié)點(diǎn)(NODE) 及各級(jí)總線。
現(xiàn)場(chǎng)控制單元( FCU)采用先進(jìn)的 AFG40D 單元 ,使用 VR5432 (133 MHz) 處理器 ,主內(nèi)存 32 MB ,72 h 電池備用 ,雙冗余 V - net 通訊接口卡 ,雙冗余的 ESB bus 接口卡。
節(jié)點(diǎn)(NODE)
節(jié)點(diǎn)(NODE) 由節(jié)點(diǎn)接口單元和輸入/ 輸出單元組成。節(jié)點(diǎn)接口單元是節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)控制單元之間的通訊接口。輸入/ 輸出單元即 I/ O 卡 ,負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)/ 執(zhí)行控制器輸出到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件。FCS0101 配置本地節(jié)點(diǎn) 6 個(gè); FCS0102 配置本地節(jié)點(diǎn)6 個(gè) ,遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)2 個(gè);FCS0103 配置本地節(jié)點(diǎn) 8 個(gè) ,遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)2 個(gè);FCS0104 配置本地節(jié)點(diǎn) 7 個(gè) ,遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn) 1 個(gè)。I/ O 卡主要類型如下 :
AAI143 電流輸入模件(4~20mA ,16 通道) ;
AAI543 電流輸出模件(4~20mA ,16 通道) ;
ALR121 RS - 422/ 485 通訊模件 ;
ADV151 數(shù)字輸入模件 ;
ADV551 數(shù)字輸出模件 ;
ADR541 繼電器輸出模件。
操作站/ 工程師站結(jié)構(gòu)操作站是 DCS 控制系統(tǒng)的人機(jī)接口界面 ,完成監(jiān)視、操作、記錄等功能。工程師站完成對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)。操作站與工程師站從硬件上看沒有什么區(qū)別 ,只是完成不同功能的軟件包不同 ,因此對(duì)操作站與工程師站一起討論 ,也可以統(tǒng)稱它們?yōu)椴僮髡?。CENTUM CS3000 R3 操作站的特點(diǎn)是使用通用 PC 機(jī)作為操作站的硬件基礎(chǔ) ,以 WINDOWS 作為軟件平臺(tái)。
從理論上講 ,任何一臺(tái)性能可靠的 PC 機(jī)都可以作為 CEN2TUM CS3000 R3 的操作站 ,橫河公司采用 DELL 公司的 PC 機(jī)作為操作站。操作站使用 VF - 701 通訊接口卡 ,使 PC 機(jī)能夠連接到 V - NET 網(wǎng)絡(luò)上。該卡具有冗余的通訊接口 ,插在 PC 機(jī)的PCI 槽上。操作員鍵盤采用橫河專用的 USB 接口操作員鍵盤。其他硬件配置與通用 PC 機(jī)相同。
目前橫河 DCS 的操作組態(tài)軟件平臺(tái)采用 WINDOWS XP -SP2 。
這種軟硬件配置使操作站成本大大降低 , 硬件通用性加強(qiáng) ,界面友好 ,便于操作 ,降低工程組態(tài)和運(yùn)行維護(hù)成本 ,提高工作效率。
軟件組態(tài)CS3000 組態(tài)主要包括系統(tǒng) COMMON 組態(tài) ,操作站( HIS) 組態(tài) ,流程圖組態(tài) ,控制站( FCS) 組態(tài)等。
系統(tǒng) COMMON 組態(tài)、操作站( HIS) 組態(tài)及流程圖組態(tài)
系統(tǒng) COMMON 組態(tài)主要包括系統(tǒng)構(gòu)成組態(tài) ,系統(tǒng)常數(shù)組態(tài) ,工程單位組態(tài) ,報(bào)警表組態(tài) , 報(bào)警優(yōu)先級(jí)組態(tài)等。操作站( HIS) 組態(tài)包括操作站構(gòu)成 ,操作組分群 ,連接傳輸 ,趨勢(shì)記錄 ,畫面名 ,窗口名等。流程圖組態(tài)即帶控制點(diǎn)的流程圖組態(tài)。通過這部分組態(tài) ,使操作站( HIS) 具備了人機(jī)接口的功能 ,使操作人員能夠通過操作站( HIS) 操作生產(chǎn)裝置。氧化反應(yīng)器進(jìn)料流程圖如圖 2 所示。