DCS系統I／A70在煙酰胺生產中的應用

摘要：介紹了FOXBORO的I／A70 DCS系統實際應用和故障處理，提出了一些建議，并介紹了該系統的設計思路和實現方法。
關鍵詞：集散型控制系統；組態；控制系統

Application of I／A70 System in the Niacinamide Production Process
ZHANG YU

Abstract：The application and fault process of the FOXBORO are introduced in this paper．Some suggestions are brought in and the design thought and how to real the method of the control system are introduced in this paper．
Key words：distributed control system（DCS）；configuration；control system
DCS是目前國際自動控制行業主流系統。70年代以來，以微機為核心的分布式控制系統（亦稱集散型控制系統DCS）將現代高科技的最新成就—— 計算機技術、通訊技術、CRT顯示技術和自動控制技術集為一體，使自動化儀表裝置向系統化、分散化、多樣化和高性能化的方向產生了一個質的飛躍 由分布式控制系統的分散結構替代計算機的集中控制，使得系統的可靠性大大提高。自80年代中期以來，DCS在我國工業中的應用越來越廣泛，90年代由于微處理器極其超大規模集成電路（VLSI技術）的發展，計算機技術、容錯技術和人機接口技術，窗口技術。交互圖形的出現以及標準化的數據通訊網絡和人工智能的發展，DCS向綜合化、開放化發展．它具有通用性強、系統組態靈活、控制功能完善、數據處理方便、實現人機對話、便于操作、安全可靠。隨著我國工業的不斷發展．DCS系統在國內工業也得到了普遍應用．成功地將美國FOXBOX公司生產的DCS I／A70系統應用在煙酰胺生產過程中。
1 I／A7O系統介紹
1.1 DCS l／A7O系統的網絡結構
I／A70系統的通訊網絡是建立在國際標準化組織（ISO）所定義的開放系統互連標準（OSI）基礎上，分為四個層次，即寬帶局域網（Broadband Lan）（傳輸速率10Mb／s；同軸電纜15km；可下掛64個載波帶）、載波帶局域網（Carrierband Lan）（傳輸速率5Mb／s；同軸電纜1．2km＼電纜10km：可下掛64個節點總線）、節點總線（Node Bus）（傳輸速率10Mb／s；同軸電纜30m；可下掛64個站組件）和現場總線（Field Bus）CP40（可掛24個FBM）和CP60（可掛30個FCM。每個FCM可掛39FBM）。其系統網絡結構簡圖如圖1所示。

1．2 DCS I／A70系統的特點
I／A70系統的軟件、硬件和通訊都廣泛采用了開放型標準設計的。硬件品種少，可靠性高，組態靈活。
（1）硬件與軟件的發展可相互獨立發展。
（2）采用先進的實時目標管理技術，可方便地訪問整個I，A系統和所連接的信息網絡上的信息。
（3）通過以太網接口與信息網絡聯接以及提供智能現場儀表接口與IFD的數字集成，從而實現了生產管理信息網、生產控制網的測量一體化。
（4）I，0組件全部為變壓器耦合隔離和光電隔離，一對一轉化，具有自診斷、自恢復功能。過流保護，不用保險絲提高系統運行時間。
（5）可靠性高，采用表面安裝技術尺寸小，系統結構簡單．電子組件采用全封閉的結構．增強了抗環境腐蝕的能力。控制容錯技術，通訊冗余技術和矩陣供電方式，保證了系統的可靠性。
（6）處理機和I／O卡件都有自診斷程序，可進行報警打印．CRT報警顯示，有故障的組件紅燈顯示，無需人工判斷，所有組件可帶電更換。
（7）I／A70系統軟件組態靈活，調試方便．繪圖方便，帶有豐富的模塊庫，系統軟件具有較強的自診斷能力，在系統運行中周期性對系統網絡及各模板的狀態進行自診斷．提供狀態顯示報警
1．3 DCS I／A70系統的組成
在煙酰胺生產中采用了I／A70 DCS控制系統，按照“分散控制、分散操作、集中顯示”的原則進行設計。整個DCS系統結構簡單，設有一臺工程師站及四個操作員站。分別對四個工段（氨氧化站、萃取蒸餾站、生化水解站、濃縮噴霧干燥站）進行顯示和控制。
1．4 DCS I／A70系統的硬件配置
上位機采用DELL工控機，FOXBORO控制機柜配置CP40、電源單元、FBM 卡件（接收AI、AO、DI、DO信號）。現場的信號經過端子柜與FBM卡件連接，所有CP采用冗余配置。
1．5 DCS I／A70系統的軟件
系統組態軟件、綜合控制組態軟件、系統監視軟件、設備監視軟件、功能塊匯總訪問軟件、操作員信息接口軟件、系統管理顯示處理軟件、電子表格軟件、歷史數據庫管理軟件、生產模型軟件、FOXCAD等等，I／A70操作系統支持C和FORTRAN編程語言，包括編譯程序、鏈接程序、調試程序和語義檢驗程序。
1．6 DCS I／A70系統的主要功能
DCS I／AT0控制系統能完成以下功能：過程參數檢測控制（溫度、壓力、液位、物位、電導率、PH計、產品濃度等）；計算累積、工藝中機電設備起停控制和聯鎖報警。可實現單回路PID控制、串級控制、順序控制等多種控制方式。
單回路控制如圖2所示。

把現場儀表信號連接到DCS的FBM卡件上。在功能組態中使用AIN模擬輸入模塊構成模擬檢測回路．AIN模塊將FBM來的測量信號進行修正、標度、報警等處理，其輸出被連到PID模塊的測量參數MEAS，HD模塊根據測量值與設定值SPT的偏差及P、I、D整定參數的設置進行運算．其輸出被連到AOUT模塊的輸入MEAS．AOUT模塊對信號進行輸出修正后送到FBM的輸出點。
串級調節回路如圖3所示。

串級調節回路由二個AIN模塊，二個PID模塊和一個AOUT模塊組成。當閉環運行時副調節器處于遠方設定狀態，其遠方設定值參數RSP連到主調節器的輸出參數OUT。為了實現無擾動切換到閉環控制，主調節器的初始化輸入信號（INITI）取自副調節器的初始化輸出信號（INITO）。主調節器的反計算輸入信號（BCALCI）取自副調節器的反計算輸出信號（BCALCO）。同時副調節器的初始化輸入信號和反計算輸入信號分別與AOUT模塊的初始化信號和反計算輸出信號相連。
1.7 DCS I，A70系統的組態
（1）該系統組態方便，在工程師站進行各工段的組態．首先進行CIO組態，建立各工段的站名A13CP4， 再在各站中建立各自的Compound名A1030．在A1030下建所需測量和控制的參數模塊，如圖4所示：流量FT08（AIN塊）、FC08（PID塊）；FV08 （AOUT 塊）、SWTH08 （SWCH 塊）Logic01（CALC）；然后進行功能圖形的連接，在進入Fox draw中繪制該模塊的控制圖（如圖4），然后進行連接。在圖4中系統對A1030FT08進行了顯示和A1030FV進行了單回路控制。并把邏輯條件<1>聯鎖進單回路控制中。當邏輯<1>有報警時圖中邏輯<1>到SWTH方塊的連線紅，AIO3OFC08的輸出不起作用．A1030FV的輸出只能由手動在面板中Min處給定或在Fox select中。由A1030FV08手動給定。不論是簡單控制還是復雜控制，系統都可繪制出功能圖，利用不同的功能塊進行組態，完成一系列控制功能。系統任一操作站都可對全系統進行操作，根據每個操作站的控制范圍，組態相應的控制畫面，保證每個操作站只響應本工段內的報警信息。各工段操作站顯示流程圖畫面、控制畫面、報警畫面和趨勢記錄畫面等，可相互轉換顯示畫面，滿足各工段操作員的控制操作與生產監視要求。

（2）系統具有歷史組態與過程報表功能。
1．8 DCS I，A70系統的調試、投運
必須對DCS I／A70系統逐點進行IQ測試及相關功能的測試，確保系統滿足工藝要求。當全部測試完成后，系統投入運行。經過一年多的使用，系統穩定可靠，滿足了生產工藝的控制要求。
1．9 DCS I／A70系統的幾項技術措施
（1）設立DCS系統專用獨立的接地網。
（2）DCS主機與I／O通道的交流電源分別供電采用（UPS與市電并聯），防止當通道電源故障時影響主機，并且這樣設計可以保證在不停主機的狀態下檢修I／O通道。
（3）對工藝參數、ICC組態等分別設置了多級權限，保證了系統安全可靠。
2 結語
已經采用兩套DCS I／A70系統對煙酰胺生產工藝進行實時控制。從1998年至今系統運行穩定、可靠，完全滿足現場工藝生產的要求。
參考文獻：
[1]美國FOXBOX公司．DCS I／AT0系統培訓手冊[Z]．
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