ABB DCS系統(tǒng)在焦化化工控制領(lǐng)域的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2007-08-15 00:00:00

【摘要】
　　本文簡要敘述了ABB的AC800F控制系統(tǒng)的特點，組成結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方法，并對該系統(tǒng)在濟(jì)鋼焦化廠實際應(yīng)用進(jìn)行了簡介。　　
　　【關(guān)鍵詞】
　　ABB　現(xiàn)場總線　控制系統(tǒng)　　
　　　　濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司投資建設(shè)兩座JN60-6型焦?fàn)t，以及配套的備煤、干熄焦和化產(chǎn)回收與精制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，廣泛采用了ABB　AC800F型DCS系統(tǒng)。ABB AC800F型DCS系統(tǒng)是基于工業(yè)IT（IndustrialIT）的控制平臺，該控制系統(tǒng)平臺基于現(xiàn)場總線，工廠自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，具有信息綜合，高工程效率，高級可升級的解決方案，開放的通訊，即插即用等特點。　　
　　1.項目簡介：
　　　　焦化行業(yè)是集冶煉、化工于一體的復(fù)雜性工藝，由于其生產(chǎn)環(huán)境惡劣，對于溫度、壓力、流量以及回路控制的要求比較高，所以，如何使控制系統(tǒng)更好地發(fā)揮作用，提高生產(chǎn)效率，是很重要的一環(huán)。濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)焦化廠是以生產(chǎn)冶金焦為主的企業(yè)，為了融入世界經(jīng)濟(jì)洪流，做大做強，跨入千萬噸級大鋼的行列，濟(jì)鋼決定將新上的120萬噸/年的兩座新型環(huán)保焦?fàn)t應(yīng)用最新技術(shù)，提高自動化生產(chǎn)效率，同時為今后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。在此項目中，我們選擇了ABB的AC800F：具有IndustrialIT控制平臺，基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。　　
　　2.系統(tǒng)方案與控制結(jié)構(gòu)概述：
　　　　AC800F系統(tǒng)是ABB集團(tuán)推出的具有世界領(lǐng)先水平的全能綜合型開放控制系統(tǒng)，融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點于一體，并支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它既具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機界面(HMI)及方便的工程軟件，又同時具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅堋Ｏ到y(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接Profibus、FF、CAN、Modbus、等各種現(xiàn)場總線設(shè)備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應(yīng)用，都能應(yīng)付自如。該系統(tǒng)升級到V6.2（及以上版本）后，系統(tǒng)容量可以達(dá)到無窮多點（超過100萬個I/O），今后如果系統(tǒng)需要擴(kuò)展，可直接在這個基礎(chǔ)上增加I/O或現(xiàn)場總線儀表，利于今后的發(fā)展。
　　　　系統(tǒng)包括操作級與過程級，操作級包括傳統(tǒng)控制功能，如操作與監(jiān)視，歸檔與信息記錄，趨勢與報警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能均可在相應(yīng)過程站中執(zhí)行。
　　　　做為過程級是由一個或幾個過程站組成，每個過程站由AC800F和擴(kuò)展I/O S800單元組成。過程站CPU可以配置為冗余或不冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)具有各種I/O模塊與現(xiàn)場各種類型過程信號相連接。
　　　　系統(tǒng)提供了兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。過程站總線用于PROFIBUS-DP通信；I/O總線用于現(xiàn)場I/O數(shù)據(jù)通信，具有較高的安全性與較強數(shù)據(jù)可靠性。
　　　　DigiNetS系統(tǒng)總線:（Ethernet）用于過程級與操作級，通信傳輸介質(zhì)可以選擇同軸電纜或光纜。
　　　　該系統(tǒng)配備了多個工程師站和多臺操作員站：工程師站使用工控PC機作為工程師站（也可使用便攜機作為調(diào)試設(shè)備）；系統(tǒng)操作員站運行在工業(yè)PC機上，全中文DigiVis軟件包基于MS WindowsNT平臺,其圖形操作接口增強了系統(tǒng)的使用與操作，此外，還可以提高PC機的外部設(shè)備指標(biāo)如顯示器、打印機、鼠標(biāo)及鍵盤等使系統(tǒng)操作更方便，該控制系統(tǒng)在一臺PC機上完成操作與監(jiān)控，系統(tǒng)可擴(kuò)展至100個操作員站和100個過程控制站。
　　具體系統(tǒng)構(gòu)成圖見附頁
　　

　　3. 新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展：　　
　　　　1) 開放的現(xiàn)場總線技術(shù)：
　　　　雖然該項目暫時沒有用現(xiàn)場總線型現(xiàn)場儀表，為了利于用戶今后的發(fā)展，我們預(yù)留了總線硬件接口。在軟件方面ABB AC800F控制器ProfiBus模板支持DP V1標(biāo)準(zhǔn)，與純DP標(biāo)準(zhǔn)模件相比增加了對儀表的組態(tài)能力，這樣我們無須安裝各種儀表的專用組態(tài)軟件，僅導(dǎo)入每個儀表的設(shè)備參數(shù)文件（GSD文件），就可以實現(xiàn)在統(tǒng)一的系統(tǒng)編程軟件下對所有PA標(biāo)準(zhǔn)的儀表的參數(shù)編程組態(tài)的功能，該功能有效節(jié)省軟件成本，提高工程組態(tài)的效率。　　
　　　　2) 開放的控制功能：
　　　　該系統(tǒng)控制器采用RISC處理器芯片，程序采用任務(wù)運行方式，每個任務(wù)都可以設(shè)定運行的周期和運行優(yōu)先級。所以既可以滿足復(fù)雜調(diào)節(jié)回路控制要求（一般要求控制周期較長），又可以滿足快速電氣開關(guān)量控制，從而一個控制器就可以覆蓋工廠所有環(huán)節(jié)控制要求。
　　　　編程時我們預(yù)留了大量的用戶自定義的控制功能塊，根據(jù)今后生產(chǎn)的需要，用戶可以自己添減功能，而IEC61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，使用戶只要有一些基礎(chǔ)知識，很快熟悉該系統(tǒng)編程。
　　　　所以雖然該工程既有復(fù)雜的回路調(diào)節(jié)，又有較高的邏輯控制要求，我們對于每個關(guān)鍵的工藝通過配置冗余過程控制器滿足了生產(chǎn)的要求，達(dá)到了用戶滿意的效果，完全滿足了工藝過程的全部需要。
　　　　3) 系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)：
　　　　系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫核心技術(shù)即“分散存儲，全局管理”。系統(tǒng)編程軟件僅為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲區(qū)，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個全局系統(tǒng)變量表操作員站與過程站之間的數(shù)據(jù)交換無須數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換編程為直接存取，變量的修改與檢查也是系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的過程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。整個工程自控部分的安裝調(diào)試開車只用了兩三周的時間，這是一個很重要的因素。
　　　　4) 開放的TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)技術(shù)：
　　　　在操作員站、工程師站、和過程站之間我們采用以太網(wǎng)的方式：AC800F控制器系統(tǒng)通訊模板為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)模件，這樣使系統(tǒng)無須增加設(shè)備就可以與工廠局域網(wǎng)連接，由于系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)與各種第三方數(shù)據(jù)庫或軟件的數(shù)據(jù)交換將更加容易。
　　　　5) 系統(tǒng)易于擴(kuò)展，系統(tǒng)軟件無資源限制，用戶今后如果需技術(shù)改造，新增加控制點、過程站，工程師站軟件無須重新購買，編程時僅在原項目文件項目樹下添加幾個資源即可，方便了用戶今后的系統(tǒng)擴(kuò)展和長遠(yuǎn)發(fā)展。
　　　　6) 中文界面：系統(tǒng)菜單，操作面板，系統(tǒng)字符表及系統(tǒng)提示信息為中文；　　　　
　　4. 工藝過程的實現(xiàn)與運行效果：
　　　　根據(jù)其工藝過程將流程圖畫面分為:“6、7＃焦?fàn)t系統(tǒng)”，“鼓風(fēng)、冷凝系統(tǒng)”“粗苯系統(tǒng)”“蒸氨系統(tǒng)”“溶脫系統(tǒng)”“制冷系統(tǒng)”等多幅工藝流程圖畫面；在畫面中我們制作了“低水熄焦”、“導(dǎo)熱油自動控制”等動態(tài)顯示畫面，為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動態(tài)軟開關(guān)，水（介質(zhì)）的動態(tài)流動等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據(jù)需要開關(guān)。焦?fàn)t加熱在焦化行業(yè)是一個關(guān)鍵過程，加熱工藝和熄焦時間是控制的關(guān)鍵，我們?yōu)橛脩糁谱髁私範(fàn)t串級加熱程序和低水熄焦自動控制程序，其串級加熱和低水熄焦自動控制的邏輯程序在AC800F控制器中實現(xiàn)，用軟件實現(xiàn)了串級/手動加熱的邏輯切換，同時顯示熄焦下水閥位和大小工作的時間，為用戶進(jìn)一步探索最佳的焦?fàn)t加熱與熄焦方式打下了基礎(chǔ)。
　　　　我們?yōu)椤霸偕鳌薄ⅰ罢舭彼薄ⅰ暗叵路趴詹邸薄ⅰ坝头趴詹邸钡纫何缓汀皩?dǎo)熱油出口溫度”、“出管式爐溫度”等溫度進(jìn)行了自動調(diào)節(jié)控制,由于許多調(diào)節(jié)回路的SP值（設(shè)定值）是一個不確定的數(shù)，需根據(jù)不同時期的要求不同；在PID調(diào)節(jié)與手動/自動切換的設(shè)計上，我們設(shè)計成手動時SP跟蹤PV，自動時根據(jù)切換時的SP值調(diào)節(jié)工藝過程值，這樣當(dāng)操作工手動將工藝過程值調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臅r候，切換到自動及可立即以這個工藝值進(jìn)行調(diào)節(jié)。以利于操作人員進(jìn)一步摸索提高工作效率的方法。
　　　　我們還為其制作了“耗蒸汽量”、“壓縮空氣量”、“新水消耗量”等工藝參數(shù)的累積計算，可長達(dá)50年的自動趨勢報表和每天自動日報報表，工廠可依具這些報表數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)過程，不斷提高勞動生產(chǎn)率。在軟件的設(shè)計上，操作畫面上我們考慮了多種快捷方式，利于用戶快捷查詢所需要的信息。
　　　　當(dāng)操作員站、工程師站關(guān)閉一臺或全部關(guān)閉，只要過程站不停，系統(tǒng)不會停機；而過程站采用雙機熱備份的冗余方式，系統(tǒng)接線端子均采用進(jìn)口端子，降低故障率，所以整個系統(tǒng)安全性很高。