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)得到了簡化 ，提高了工程組態(tài)效率。在遼化 80 萬 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)）。

　　② CS3000系統(tǒng)的處理能力非常強(qiáng)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(dá)400個(gè)數(shù)據(jù)。

　　③ 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。

　　④ 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，并能對生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)打印輸出。

　　⑤正常生產(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 方便地從上位對過程進(jìn)行訪問，從而實(shí)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(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(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; 記錄實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢 ;報(bào)警信號與顯示 ;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 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 ，精致單元設(shè)置控制站 （ FCS） 1套、操作站（ HIS） 3 臺 ，輔助單元設(shè)置控制站 （ FCS） 1 套、操作站（ HIS） 2 臺 ，工程師站 1 臺。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖 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)場控制單元（ FCU） 、節(jié)點(diǎn)（NODE） 及各級總線。

　　現(xiàn)場控制單元（ 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(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)椴僮髡尽ENTUM 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。

　　從理論上講 ，任何一臺性能可靠的 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。

　　控制站（ FCS） 組態(tài)

　　控制站組態(tài)簡述

　　控制站組態(tài)主要包括控制站（ FCS） 構(gòu)成 ， I/ O 模件登錄 ，軟件開關(guān)、全域開關(guān)的定義 ，域的定義 ，控制回路圖的繪制等?？刂苹芈穲D的繪制就是要根據(jù)某種控制方案 ， 將相關(guān)的 I/ O 通道、軟件開關(guān)、全域開關(guān)、完成控制方案的功能塊連接起來 ，達(dá)到控制目的。圖 3 是一個(gè)簡單調(diào)節(jié)回路的實(shí)現(xiàn)例子 ，將來自模擬量通道的變量 FT20830 作為 PID 功能塊 FICA20830 的輸入 ，輸出信號傳送到模擬量輸出通道 FCV20830 。

　　由于 PTA 生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜 ，因此設(shè)計(jì)了許多復(fù)雜控制方案。為完成復(fù)雜控制回路在內(nèi)的指示回路、常規(guī) PID 控制、聯(lián)鎖、順序控制等 ，采用的功能塊有 ： PVI 指示功能塊 ; PID 單回路功能塊 ;MLD - SW 具有輸出切換功能的手操器;AS - H/ M/ L 自動(dòng)選擇： SPLIT 分程控制信號分配塊; RATIO 比率設(shè)定單元;CALCU 計(jì)算功能塊 ; SW - 33 開關(guān)功能塊; ST16 順序控制功能塊 ;LC64 邏輯圖功能塊。

　　控制回路圖繪制舉例

　　舉一個(gè)復(fù)雜控制回路的例子 ，氧化反應(yīng)器凈溶劑比率控制 ，就是要控制進(jìn)入反應(yīng)器系統(tǒng)的凈溶劑與對二甲苯的恒定比率 ，通過調(diào)節(jié)輸出到高壓吸收塔的溶劑量來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入反應(yīng)器系統(tǒng)的凈溶劑 ， 等于總?cè)軇┻M(jìn)入與水采出的差。主要的溶劑物料輸入有高壓溶劑 （由 FT22503 測量 ） ， 自高壓循環(huán)泵 G1 -311A/ B 的溶劑　?。ㄓ?FT22504 測量） 。水采出由 FT20577 測量 ， 對二甲苯由FT22500 或 FT22501 測量。輸出到高壓吸收塔的溶劑由 FICA20516 測量和調(diào)節(jié)。圖 4 為該控制方案的方框圖。

　　由圖 4 可以看出這是一個(gè)復(fù)雜計(jì)算加串級回路。在繪制控制回路圖前 ， 應(yīng)先建立相關(guān)控制站組態(tài) ， 包括輸入/ 輸出通道組態(tài)。凈溶劑與對二甲苯的實(shí)際比率 ， 由 CALCU 計(jì)算功能塊得出 ， 作為 FFIC22503 的測量值 ， FFIC22503 的輸出作為 FI2CA20516 的給定值進(jìn)行串級調(diào)節(jié)。CALCU 計(jì)算功能塊的輸入為FICA22503. PV 、FICA22504.PV 、FIA22514.PV 、FICA20577.PV 、FICA22501.PV ， 其中 FICA22501. PV 為經(jīng)過 HS22501 選擇的對二甲苯流量 ， 計(jì)算公式為 （ FICA22503. PV + FICA22504. PV +FIA22514.PV FICA20577.PV） / FICA22501.PV.

　　圖 5 為控制回路圖。

　　橫河公司新型的 CENTUM CS3000 R3 系列DCS ，既繼承了高可靠性 ，增強(qiáng)了控制功能 ，又改善人機(jī)接口界面 ，適合對 PTA 裝置復(fù)雜工藝控制。同時(shí) ，離線組態(tài)、FCS 的仿真測試和無線測試功能 ，可使工程組態(tài)和系統(tǒng)調(diào)試工作得到簡化 ，縮短工程組態(tài)和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間 ，提高了效率。