水質凈化生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)的集成化改造

1　引　言　　 　　集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System－DCS）集計算機技術、控制技術、通信技術、CRT技術于一體，廣泛應用于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。隨著計算機和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了一種新型的控制系統(tǒng)———現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System－FCS）。但國內生產(chǎn)企業(yè)的情況是：大多數(shù)企業(yè)還處于模擬儀表和人工控制的階段，采用DCS控制系統(tǒng)的企業(yè)仍是少數(shù)。由于DCS應用廣泛、技術成熟，在現(xiàn)有的技術條件和市場條件下，F(xiàn)CS還不能完全取代DCS，而且目前現(xiàn)場總線設備和系統(tǒng)還十分昂貴。因此，除了新建企業(yè)外，國內企業(yè)在較長時間不可能全面采用現(xiàn)場總線技術，而必須走逐步發(fā)展、過渡的道路。 　　我們在上海石化股份公司環(huán)保部水質凈化廠監(jiān)控系統(tǒng)的改造項目中，對3個生產(chǎn)單元已有的DCS和PLC進行改造，增加通信功能，實現(xiàn)總調度室對各生產(chǎn)裝置的集中監(jiān)控。 2　系統(tǒng)改造方案　　   根據(jù)水質凈化廠各生產(chǎn)單元的功能和建設階段，分為廠外調節(jié)池、污水一段、氧化溝、四期污水處理、污泥脫水、污泥干化6個生產(chǎn)單元。另外，在廠部設有總調度室，但是總調度室的監(jiān)控水平較為落后，改造之前基本上不能對各個生產(chǎn)單元進行監(jiān)控。為了適應生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，改善操作條件，加強監(jiān)控手段，確保各生產(chǎn)裝置的正常運行，急需對各生產(chǎn)單元和總調度室進行技術和設備的更新改造，從而能在總調度室對各裝置進行監(jiān)視管理，及時了解各裝置的運行情況，達到指揮及時和調度準確的目的。 2．1　現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的改造 　　現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的改造要充分利用原有儀表和設備，主要考慮可靠性和實時性。首先對自控程度較高的3個單元進行改造（系統(tǒng)結構見圖2—1）： 　　四期污水處理生產(chǎn)單元控制設備配置了兩套ALLEN－BRADELY公司PLC設備。25塊開關量輸入信號卡，可采集384點信號；7塊開關量輸出信號卡，可輸出112點信號；3塊模擬量輸入信號卡，可采集24點信號。兩套AB—PLC通過DH＋（數(shù)據(jù)高速通道）實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在原有的現(xiàn)場控制計算機上分別增加以太網(wǎng)卡，通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)送到總調度室處理?！　≥敵?92點信號；1塊模擬量輸入信號卡，可采集8點信號。系統(tǒng)運行采用遙控開關操作與全模擬流程盤顯示。在原有的Siemens S5－115UPLC上增加RS－232通訊模塊（CP524）和1臺現(xiàn)場操作站，用點對點方法連接，使PLC的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場操作站送到以太網(wǎng)上，與總調度室監(jiān)控計算機通信。但RS－232傳輸速率只有9600bps，操作站僅對現(xiàn)場起到監(jiān)視作用。

　　污泥干化生產(chǎn)單元控制設備采用Honeywell9200e PCS。系統(tǒng)配置了9塊開關量輸入信號卡，可采集288點信號；3塊開關量輸出信號卡，可輸出96點信號；3塊模擬量輸入信號卡，可采集48點信號； 5塊模擬量輸出信號卡，可輸出20點信號。由于現(xiàn)場使用的工業(yè)計算機的CPU、內存與硬盤都不能滿足進行數(shù)據(jù)通訊等項要求，必須予以更新。新的計算機選用工業(yè)控制計算機，配置以太網(wǎng)卡，使總調度室監(jiān)控計算機可以通過以太網(wǎng)訪問Honeywell 9200e的實時數(shù)據(jù)。 　　由于3套控制系統(tǒng)為不同時期所建，采用了不同的PLC，不具備開放性，相互之間直接通信在技術上存在很大困難，且意義不大；并且3套裝置距離較遠，施工費用也將很高。綜合考慮成本和效益，不再建立3個單元之間的現(xiàn)場級網(wǎng)絡。對其余3個自控程度較低的生產(chǎn)單元，可考慮使用現(xiàn)場總線技術，即可方便地實現(xiàn)各單元之間的通信。雖然現(xiàn)場總線的應用從技術和成本考慮都并非如宣傳的那樣完美，但它畢竟是一種開放、分散、可互操作的技術和產(chǎn)品，代表了控制領域的發(fā)展方向。在已有的DCS系統(tǒng)中應用現(xiàn)場總線新技術，實現(xiàn)FCS與DCS的集成，根據(jù)不同的應用需求，可有3種模式，具體可參閱文獻［3］、［4］。 2．2　上位機網(wǎng)絡的實現(xiàn) 　　上位機網(wǎng)絡主要考慮網(wǎng)絡的可靠性、傳輸效率及可擴展性。Ethernet在工業(yè)領域的應用受到限制，主要是由于它采用CSMA／CD碰撞檢測方式，在網(wǎng)絡負荷較大時，網(wǎng)絡的確定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求。但隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，Ethernet在工業(yè)控制領域的應用已經(jīng)得到了廣泛的認可。 　　常用的網(wǎng)絡拓撲結構有總線型、星型、環(huán)形等，由于總調度室到各生產(chǎn)單元之間要交換實時數(shù)據(jù)，選擇星型拓撲結構，任意站點之間的通信通過交換機實現(xiàn)透明的轉發(fā)，不存在信道共享引起的競爭問題。 　　對于通信介質的選擇，由于總調度室與各個生產(chǎn)單元距離較遠，分別為1000m、800m和900m，因此選用4芯多模室外光纜作為通信介質，它具有通信速率高、抗電磁干擾、信號傳輸衰減小等優(yōu)點。兩端采用轉換器EM316E／M進行光電轉換。 　　另外，由于Ethernet是目前應用最廣泛的計算機網(wǎng)絡技術，人們對Ethernet技術十分熟悉，可以降低系統(tǒng)的開發(fā)、培訓和維護費用。同時，由于應用廣泛，其硬件價格也十分低廉。目前，Ethernet網(wǎng)卡的價格只有Profibus、FF等現(xiàn)場總線網(wǎng)卡的十分之一。 　　采用這種網(wǎng)絡結構，單機故障不會影響其它站點，即使網(wǎng)絡癱瘓，各現(xiàn)場操作站仍可獨立運行。另外，該系統(tǒng)具有良好的可擴展性，向下可以增加其余生產(chǎn)單元，向上可以和公司內各個部門互連。另置一臺2900系列交換機提供10M／100M自適應端口便于擴展（見圖2—2）。公司內多數(shù)事業(yè)部，如化工部、塑料部等有各自的服務器，可以很方便地瀏覽各事業(yè)部的主頁，實現(xiàn)信息共享。

3　系統(tǒng)軟件及功能　　 　　該系統(tǒng)上位機軟件采用Intellution公司開發(fā)的iFIX組態(tài)軟件。根據(jù)iFIX組件功能不同，可分為3大類：服務器軟件及選項、客戶端軟件及選項、其它組件及Internet產(chǎn)品。用戶可以根據(jù)需要選配適當?shù)能浖瓦x項。 　　上位機監(jiān)控軟件采用iFIXHMIPAK－Unlimited－Developer。由于數(shù)據(jù)庫無數(shù)據(jù)點數(shù)的限制，系統(tǒng)擴展另外3套生產(chǎn)單元時，只要硬件具備條件，軟件只需增加數(shù)據(jù)通訊接口，配置iFIX，設計相應監(jiān)控流程圖，數(shù)據(jù)就能為生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)所用。 　　四期處理生產(chǎn)單元原有RSVIEW監(jiān)控軟件，與上位機系統(tǒng)的通信采用OPC方式，即RSVIEW將應該上報的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆PCServer中，iFIX和Client讀取數(shù)據(jù)。 　　對于氧化溝和污泥干化兩個生產(chǎn)單元，現(xiàn)場監(jiān)控站軟件采用iFIX2．5，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C中。 　　系統(tǒng)主要通過以下幾種功能方式監(jiān)視主要裝置的關鍵過程參數(shù)： 　　實時流程圖：通過流程圖總覽畫面，使全廠管理人員迅速掌握主要生產(chǎn)裝置開、停車；實時動態(tài)地顯示主要生產(chǎn)裝置的關鍵過程參數(shù)。 　　實時趨勢圖：根據(jù)預先定義的實時趨勢圖，實時動態(tài)地顯示關鍵過程參數(shù)在最近一段時間內的變化過程。 　　歷史趨勢圖：幫助管理人員在進行質量追蹤、故障事后分析或掌握生產(chǎn)狀況時，可以對過去某一特定時間段的關鍵過程參數(shù)的變化過程加以了解。    異常報警：提供關鍵參數(shù)越限報警信息。 　　過程統(tǒng)計分析：提供強大的統(tǒng)計分析工具幫助技術人員對生產(chǎn)過程中的重要技術參數(shù)進行分析。 　　圖形、報表打?。禾峁┝鞒虉D、趨勢圖的實時打印功能。 　　總調度室模擬屏根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)實時仿真，可直觀地反映現(xiàn)場生產(chǎn)概況。 4　結束語　　 　　本文探討了控制系統(tǒng)的集成化改造，并在上海石化公司環(huán)保部水質凈化廠生產(chǎn)裝置的監(jiān)控系統(tǒng)改造項目中實現(xiàn)。我們對現(xiàn)有的DCS和PLC進行改造，無論從經(jīng)濟還是技術角度考慮，都是明智之舉，并為控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化發(fā)展，實現(xiàn)控制—信息一體化打下基礎。今后，隨著企業(yè)發(fā)展的需要，必須建立完整的控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)整個企業(yè)內部及與外界的信息共享。該項目的實現(xiàn)，改善了上海石化水質凈化廠生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)管理水平，也為國內企業(yè)控制系統(tǒng)的應用和發(fā)展提供了一個可行的范例。 ［參考文獻］ ［1］　孫金剛，盧志強．一種分散型控制網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計［J］．工業(yè)儀表與自動化裝置，2000（4）． ［2］　吳　譽，張衛(wèi)東，許曉鳴．以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的互連方法［J］．測控技術，2000（1）． ［3］　程曉琳，徐用懋．FCS選型及與DCS的集成［J］．工業(yè)控制計算機，2000（2）． ［4］　龐彥斌，李令琦，程　煒，趙恩平．現(xiàn)場總線與DCS的網(wǎng)絡集成［J］．測控技術，1999（9）． ［5］　吳　譽，張衛(wèi)東，許曉鳴．現(xiàn)場總線技術展望及我國的發(fā)展策略［J］．測控技術，1999（11）．