JX-300X DCS在污水處理中的應用

圖1中: OS:操作站; ES:工程師站; MFS:多功能計算站; BCU:總線變換單元; CIU:通訊接口單元; PCS:過程控制站; LCS:邏輯控制站; DAS:數據采集站; SBUS:系統I/O總線; IOU:IO單元; RIOU:遠程IO單元。
3 水處理工藝流程
萊鋼軋鋼廠中小型車間水處理主要由以下系統組成:
(1) 凈環水循環系統工藝流程圖如圖2;
(2) 濁環水循環系統工藝流程圖如圖3。
水處理主要控制功能為:一次沉淀、二次過濾、三次冷卻，監控的設備主要有8個吸水井(凈環水系統:1#、2#、3#;濁環水系統:4#、5#、6#、7#、8#吸水井的液位)、水泵(水壓、開啟狀態)、進出水管道(水壓、水流量、水溫)、7臺過濾器(壓差、電動閥門開啟控制)、安全水塔(液位)等設備。

圖2 凈環水循環系統工藝流程圖

圖3 濁環水循環系統工藝流程圖

水處理自控系統采用的是浙大中控的SUPCON DCS系統，系統內外總點數有400多點，十幾幅全漢字動態畫面。該系統運行在Windows NT環境中，擁有NT的更多功能，靈活易用，并且算法豐富，組態方便。SUPCON JX-300XDCS 由工程師站、操作站、控制站、過程控制網絡等組成。配置靈活是JX-300XDCS的特點，用戶可根據需要，對卡件、網絡進行冗余、部分冗余或不冗余選擇，在保證系統可靠，靈活基礎上，降低用戶的費用。

3.1 系統配置
根據水處理系統規模，此系統設計了1個控制站，1個工程師站兼操作站。控制站是系統中直接與現場打交道的I/O處理單元，完成整個工業過程的實時監控功能。工程師站兼操作站包括工控PC機、彩色顯示器、鼠標、SCNET2網卡、專用操作員鍵盤、打印機等。在此機器上可完成系統組態維護、實時監控等功能。JX-300X DCS控制站內部以機籠為單位，本系統用了一個機柜中的兩個機籠。JX-300X DCS控制站的機籠固定在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置7只機籠:1只電源箱機籠和6只卡件機籠(可配置控制站各類卡件)。水處理過程控制網絡采用Scnet2網絡，Scnet2網絡連接系統的工程師站、操作站和控制站，完成站與站之間的數據交換。Scnet2可以連多個Scnet2子網，形成一種組合結構。Scnet2網絡又叫過程控制網，采用了雙絞線高速冗余工業以太網作為其過程控制網絡，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實時信息。控制站網絡又叫SBUS，采用主控制卡指揮式令牌，存儲轉發通信協議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。每個Scnet2網理論上最多可帶1024個節點，最遠可達10000m。系統構成如圖4所示。

圖4 系統構成示意圖

3.2 控制站性能
JX-300X DCS控制站機籠內部卡件的型號分為兩類:主控制機籠(配置主控制卡)和I/O機籠(不配置主控制卡)。每個機籠最多可配置20塊卡件，即除了最多配置一對互為冗余的主控制卡和數據轉發卡之外，還可以配置16塊各類I/O卡件。水處理系統控制站主要配置如下:主控制卡1塊(SP243X);模擬量輸入模板(SP313X);數字量輸入模板(SP331);數據轉發卡(SP233);數字量輸出模板(SP364)模擬量輸出模板(SP233)。主控制卡必須插在機籠最左端的兩個槽位。在一個控制站內，主控制卡通過SBUS網絡可以掛接8個IO或遠程IO單元(即8各機籠)。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實時過程控制的完整性。主控制卡的高度模塊化結構，用簡單的配置方法實現復雜的過程控制。
數據轉發卡槽位可配置為冗余的兩塊數據轉發卡。數據轉發卡是每個機籠必配的卡件。如果數據轉發卡按非冗余方式配置，則數據轉發卡可插在這兩個槽位的任何一個，空缺的一個槽位不可作為I/O槽位。
配置靈活時JX-300X DCS的特點，用戶可以根據需要，對卡件選擇全冗余、部分冗余或不冗余，在保證系統可靠、靈活基礎上降低用戶的費用。在配置時，地址設置應遵循以下原則:
(1) 主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是2-31。冗余配置時，主控制卡的地址遵循“I和i+1連續，且i必須為偶數，2≤i＜31”的原則，且地址不能重復。
(2) 數據轉換卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是0-15。冗余設置時，地址遵循“i和i+1連續，且i必須為偶數，0≤i＜15”的原則，且地址不能重復。
(3) 當I/O卡件按冗余方式配置時，互為冗余的兩卡件槽位地址遵循“i和i+1連續，且i必須為偶數，0≤i＜15”。
3.3 網絡配置
SUPCON JX-300X DCS系統采用高速工業以太網SCnet2作為其過程控制網絡，它直接連接了系統的控制站、操作站、工程師站，通訊接口單元是傳送過程控制實時信息的通道，具有很高的實時性和可靠性，通過連接網橋，SCnet2可以與上層的信息管理網或其他設備連接。
過程控制網絡SCnet2是在10base Ethernet基礎上開發的網絡系統，各節點的通訊接口均采用了專用的以太網控制器。數據傳輸遵循TCP/IP和UDP/IP協議。
SCnet2的通訊介質、網絡控制器、驅動接口等均可冗余配置，在冗余配置的情況下，發送站點(源)對傳輸數據包(報文)進行時間標識，接收站點(目標)進行出錯檢驗和信息通道故障判斷、擁擠情況等處理;若檢驗結果正確，按時間順序等方法擇優獲取冗余的兩個數據包中的一個，而濾去重復和錯誤的數據包。而當某一條信息通道出現故障，另一條信息通道將負責整個系統通信任務，通訊仍然暢通。
對于數據傳輸，除專用控制器所具有的循環校驗、命令/響應超時檢查、載波丟失檢查、沖突檢測及自動重發等功能外，應用層軟件還提供路由控制、流量控制、差錯控制、自動重發(對于物理層無法檢測的數據丟失)、報文傳輸時間順序檢查等功能，保證了網絡的響應特性，使響應時間小于1s。
在保證高速可靠傳輸過程數據的基礎上，SCnet還具有完善的在線實時診斷、查錯、校錯等手段。系統配有SCnet2網絡診斷軟件，內容覆蓋了網絡上每一個站點、每一個冗余端口，每一個部件。網絡各組成部分經診斷后的故障狀態被實時顯示在操作站上以提醒用戶及時維護。
3.4 系統組態
用戶界面友好,只需填表就可完成大部分的組態工作。軟件提供專用控制站編程語言SCX(類C語言)、功能強大的專用控制模塊、超大編程空間，可方便實現各種理想的控制策略。圖形化控制組態軟件SCcontrol集成了LD編輯器、FBD編輯器、SFC編輯器、數據類型編輯器、變量編輯器、DFB編輯器。SCcontrol的所有編輯器使用通用的標準菜單File、Windows、Help。靈活的自動切換不同編輯器的特殊菜單和工具條。
SCcontrol在圖形方式下組態十分容易, 如圖5所示。在各編輯器中，目標(功能塊、線圈、觸點、步、轉換等)之間的連接在連接過程中進行語法檢查。不同數據類型間的鏈路在編輯時就被禁止。SCcontrol提供注釋、目標對齊等功能改進圖形程序的外觀。SCcontrol采用工程化的文檔管理方法，通過導入導出功能，用戶可以在工程間重用代碼和數據。
3.5 豐富、實用、友好的實時監控界面
實時監控軟件AdvanTrol是基于中文Windows NT/95開發的應用軟件，支持實時數據庫和網絡數據庫，用戶界面友好，具有分組顯示、趨勢圖顯示打印、動態流程、報警管理、報表及記錄、數據存檔、現場控制站遠程自診斷等監控功能。操作員通過豐富靈活的動態畫面，可以方便準確地完成生產過程的監視、操作任務。根據水處理具體情況，分別制作了水處理工藝流程圖、過濾間工藝流程圖,主要參數的歷史趨勢圖、調整畫面及分組控制圖等。通過操作站，可以清晰的掌握水處理的運行情況。如圖6所示，在畫面上有動態的工藝顯示，實時、歷史的報警記錄窗，實時、歷史的曲線記錄窗，以及各種參數設定的彈出窗。
實時監控軟件操作畫面包括:報警一覽、系統總貌、控制分組、調整畫面、趨勢畫面、流程圖、數據一覽。當設備發生故障時，DCS系統發生聲光報警，并附信息提示，供操作人員和維護人員參考。附表示出操作畫面一覽表。
附表 操作畫面一覽表


*調整畫面是實時監控軟件根據所組態的回路、模入信號點、自定義模擬信號點自動生成，一頁只顯示一個回路或模入信號點或自定義模擬信號點的信息。
3.6 事件記錄功能
JX-300X提供了功能強大的過程順序事件記錄、操作人員的操作記錄、過程參數的報警記錄等多種事件記錄功能，并配以相應的事件存取、分析、打印、追憶等軟件。系統具有最小事件分辨間隔(1ms)的事件序列記錄(SOE)卡件，可以通過多卡時間同步的方法同時對256點信號進行高速順序記錄。
3.7 控制方式
(1) 水泵控制
水處理各泵組均可實現機旁控制和遠程集中控制。機旁控制通過機旁操作箱實現，遠程集中控制則通過操作站進行;
(2) 過濾器控制
軋鋼廠水處理共有8臺過濾器，每臺過濾器均有手動、半自動、自動三種方式，過濾器不設機旁操作箱，過濾器三種控制方式都是通過操作站實現。
在一個工作周期中，每臺過濾器均有以下4種工作狀態:過濾、排水、水反洗、過濾。正常工作時，7臺過濾器處于過濾狀態，1臺過濾器處于反洗狀態。每24小時一個周期，在一個周期眾，每一個過濾器都要反洗一次，反洗完畢的過濾器在一個周期中不在進行反洗;
(3) 4#泵組變頻電機控制
4#泵組為軋鋼水冷段供水，采用3臺355kW電機，工作方式為兩用一備用。由于工藝要求此水泵水壓必須保持恒壓，故在設計中先用了3臺MOTOCAN AC型變頻器對4#泵組的3臺泵進行控制。
4 結束語
該系統規模變換靈活，可以實現從一個單元的過程控制，到全廠范圍的自動化集成，能簡單、方便地完成整個工廠的控制、管理，是用于水處理系統理想的DCS系統。該系統于2002年投入運行以來，穩定可靠，在線修改和調試方便，確實給操作人員和維護人員帶來很大的方便，在高產穩產，降低能耗和安全環保等方面發揮很大的作用，同時為進一步水處理自動控制的使用打下良好基礎，達到了設計預期的效果，創造最佳的經濟效益和社會效益。