CS3000DCS控制系統(tǒng)在PTA裝置的應用
隨著計算機技術的不斷發(fā)展 ，DCS 控制技術得到了飛速的發(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 ;同時使用 PC 機為基礎的人機接口 ，使 DCS 的工程組態(tài)得到了簡化 ，提高了工程組態(tài)效率。在遼化 80 萬 t PTA 改擴建項目中采用橫河公司的 CENTUM CS3000 系列 DCS 系統(tǒng) ，完成對裝置生產(chǎn)過程的控制 ，為裝置的平穩(wěn)運行奠定了基礎。
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)。該機型繼承了以往橫河系統(tǒng)的優(yōu)點 ，并增強了網(wǎng)絡及信息處理功能。操作站采用通用PC機，控制站采用全冗余熱備份結構，使其性能價格比最優(yōu)，是目前世界上最先進的大型DCS系統(tǒng)之一。
特點① 監(jiān)控點可以由多個HIS（Human Interface StaTIon）同時操作，每個HIS也可以同時操作多個監(jiān)控點（可以是不同崗位的多個監(jiān)控點）。
② CS3000系統(tǒng)的處理能力非常強大，它可以處理100，000tags（工位號）、4，000幅畫面（包括各種監(jiān)控畫面），每幅畫面上可顯示多達400個數(shù)據(jù)。
?、?人機界面比較好。選用Windows NT作為操作系統(tǒng)，采用X—Windows（多畫面）技術，類似一般的PC機。可根據(jù)工藝的要求，實現(xiàn)各種友好的控制監(jiān)測畫面。比如它可以用棒圖動態(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)生過程報警及高低級別；單點操作采用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)運算、統(tǒng)計要求，并能對生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時打印輸出。
?、菡Ｉa(chǎn)中可按需求在線修改組態(tài)，更好地服務于生產(chǎn)。
?、抟子谂c信息系統(tǒng)（ERP、MES）相結合在Windows 2000、Windows XP的優(yōu)異網(wǎng)絡功能上，安裝上OPC上位接口，就可以很 方便地從上位對過程進行訪問，從而實現(xiàn)經(jīng)營級別的整體優(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為首的上位計算機連接功能。
?、吲cFA系統(tǒng)的連接性 在生產(chǎn)設備中，以生產(chǎn)后的包裝、庫存管理為首，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 總體設計PTA 即精對苯二甲酸 ，是以對二甲苯為原料、以醋酸為溶劑裝置經(jīng)過氧化反應 ，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 個單元。DCS 就是要對該裝置的正常操作、開車、停車進行控制。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)工藝非常復雜 ，因此還包括大量的復雜控制方案。操作站（ HIS） 作為人機接口完成下列功能 ，指示被控制和非控制變量;操作控制回路 ，包括設定點、操作方式及輸出信號; 記錄實時趨勢和歷史趨勢 ;報警信號與顯示 ;系統(tǒng)狀態(tài)及診斷報告 ;報警累計 ;工藝動態(tài)圖形顯示;給操作員的信息;報告顯示。
為完成上述對 PTA 裝置的控制和操作 ，氧化單元設置控制站（ FCS） 2 套、操作站 （ HIS） 3 臺 ，精致單元設置控制站 （ FCS） 1套、操作站（ HIS） 3 臺 ，輔助單元設置控制站 （ FCS） 1 套、操作站（ HIS） 2 臺 ，工程師站 1 臺。系統(tǒng)結構簡圖如圖 1 所示。
硬件設計網(wǎng)絡結構
由系統(tǒng)配置簡圖可以看到 CENTUM CS 3000 網(wǎng)絡應用有 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） 的實時控制網(wǎng)。每個域 ，既每條 V - net 網(wǎng)最多可以連接 64 個站 ，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 ，最多可以連接 16 個操作站（ HIS） ，符合 IEEE 802. 3 標準。
ESB 總線（增強型串口背板總線） 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)點以及控制單元（ FCU） ，傳輸速率為 128 MB/ s.
ER 總線（增強型遠程總線） 為冗余的輸入/ 輸出通訊總線 ，用于將遠程節(jié)點連接到 ESB.
總線上本地節(jié)點的接口卡 ，傳輸速率為 10 MB/ s. 由于系統(tǒng)與 MCC（馬達控制中心） 之間有大量的信號傳遞 ，因此為減少電纜敷設 ，在 MCC 設置遠程節(jié)點 ，再通過 ER 總線傳送到控制室。
控制站（ FCS） 結構根據(jù)各工藝單元的輸入/ 輸出點數(shù)以及控制方案的復雜程度 ，氧化單元設置控制站 （ FCS0101 、FCS0102） 2 套、精致單元設置控制站（ FCS0103） 1 套、輔助單元設置控制站（ FCS0104） 1 套。各控制站所控制的點數(shù)雖不同 ，控制方案也不盡相同 ，但控制站的基本結構和原則是相同的 ， 主要構成有現(xiàn)場控制單元（ FCU） 、節(jié)點（NODE） 及各級總線。
現(xiàn)場控制單元（ FCU）采用先進的 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（NODE）
節(jié)點（NODE） 由節(jié)點接口單元和輸入/ 輸出單元組成。節(jié)點接口單元是節(jié)點與現(xiàn)場控制單元之間的通訊接口。輸入/ 輸出單元即 I/ O 卡 ，負責采集現(xiàn)場測量信號/ 執(zhí)行控制器輸出到現(xiàn)場執(zhí)行元件。FCS0101 配置本地節(jié)點 6 個; FCS0102 配置本地節(jié)點6 個 ，遠程節(jié)點2 個;FCS0103 配置本地節(jié)點 8 個 ，遠程節(jié)點2 個;FCS0104 配置本地節(jié)點 7 個 ，遠程節(jié)點 1 個。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/ 工程師站結構操作站是 DCS 控制系統(tǒng)的人機接口界面 ，完成監(jiān)視、操作、記錄等功能。工程師站完成對系統(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 操作站的特點是使用通用 PC 機作為操作站的硬件基礎 ，以 WINDOWS 作為軟件平臺。
從理論上講 ，任何一臺性能可靠的 PC 機都可以作為 CEN2TUM CS3000 R3 的操作站 ，橫河公司采用 DELL 公司的 PC 機作為操作站。操作站使用 VF - 701 通訊接口卡 ，使 PC 機能夠連接到 V - NET 網(wǎng)絡上。該卡具有冗余的通訊接口 ，插在 PC 機的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 機相同。
目前橫河 DCS 的操作組態(tài)軟件平臺采用 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 ，界面友好 ，便于操作 ，降低工程組態(tài)和運行維護成本 ，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)構成組態(tài) ，系統(tǒng)常數(shù)組態(tài) ，工程單位組態(tài) ，報警表組態(tài) ， 報警優(yōu)先級組態(tài)等。操作站（ HIS） 組態(tài)包括操作站構成 ，操作組分群 ，連接傳輸 ，趨勢記錄 ，畫面名 ，窗口名等。流程圖組態(tài)即帶控制點的流程圖組態(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。氧化反應器進料流程圖如圖 2 所示。
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