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横河CENTUM CS1000 DCS在PVA生产中的应用

供稿:中国工控网 2005/7/20 11:50:00

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[摘  要]: 介绍横河CS1000控制系统在我公司新列的应用情况以及使用心得
[关键词]: 横河CENTUM CS1000  DCS控制系统  系统组态   1 引言
我公司于为进一步扩大PVA生产规模,增加高粘度PVA品种以丰富产品结构,于去年着手新列扩产项目,此次扩产的新列包括聚合、醇解和回收三工段。今年3月底新列如期正式投产,并且开车一次性成功。此次新列的DCS控制系统采用了性价比较高的横河 CENTUM CS1000控制系统。2 CS1000系统概述
     横河CENTUM CS1000系统采用了基于Windows2000 Professional 的工程师站-操作站对等系统结构。系统采用高可靠性的总线型实时过程控制网络VLNET,通过冗余的通讯介质来保证实时过程控制数据的交换。CS1000系统提供了面向对象的图形化工具以及完整的过程控制功能库(Function Block),集成了广泛应用于工业控制现场的过程调节控制,大大提高了工程开发的速度和质量。
  CS1000系统的特点包括集成的数据库,利用其系统组态工具SYSTEM VIEW 可以同时生成控制站(FCS)和工作站(HIS)一体化数据库,并在用户下装控制策略的同时一次性完成,并且提供了系统的虚拟测试功能,从而大大节省了工程时间和工程量。其他特点有集成化的报警和事件、集成的在线帮助文档等。3 系统配置3.1 系统硬件配置
3.1.1操作站 (HIS Human Interface Station)
    操作站采用了普通PC机,其配置如表1示:



3.1.2 控制站(FCS Field Control Stations)
 采用横河 PFCD-S5520 冗余现场控制单元,该FCS采用双CPU、双电源、双通讯单元的自身冗余结构,双CPU之间可以实现无扰切换功能,以提高系统的稳定性能。每台控制站最多可以带5块I/O卡件箱,每块卡件箱所能安装的I/O卡件数量视卡件型号而定。FCS结构如图1示:



3.1.3 I/O卡件
  此次系统中应用的I/O卡件种类如表2示:



3.1.4 其他硬件
    其他的硬件有:UPS (220V/5KVA、保持时间大于30分钟)、针式打印机(EPSON LQ-1600KIII+,用于打印报表)、网络器材等。
3.2 系统软件配置
CS1000系统中的操作站分为工程师站和操作员站,两者的区别主要在于在于CS1000系统软件部分不同,操作员站只具有操作监控功能,而工程师站除了有操作监控功能外,还具有系统组态功能。工程师站和操作员站的软件配置如表3示:


4 VLNET
该CS1000系统采用了基于Windows2000 Professional 的工程师站-操作员站对等系统结构,网络拓扑采用的是总线型结构,系统中所有的控制站、操作站均通过阻抗为  50Ω的同轴细缆连接在VL net上,细缆分A、B互为冗余的通讯线,回收工段的VL net结构图如图2 示,包括两台操作站HIS0124和HIS0123,其中HIS0124为工程师站兼作操作员站:


5 主要控制系统组态
 5.1醇解碱/树脂比值系统组态
醇解碱/树脂比值系统是醇解工段最重要的控制系统之一,使用CS1000系统的控制组态工具可以方便的通过软连线方式实现该方案,系统组态如图3示:



碱流量测量部分采用了MicroMotion RFT9739质量流量计,该流量计提供了测量的高精确度,以确保准确控制参加醇解反应的碱量;并且可以通过275Hart手操器在回路的任何部位进行组态调校,其量程通过Hart手操器设定为0~500l/h。碱调节阀为DN20的气开阀,原来安装时配阀门定位器,但在实际应用中发现碱量波动很大,后更换为电气转换器后恢复正常。
   树脂流量测量部分采用了OVEL椭圆轮流量计,量程为0~15000L/H。调节阀为DN50的气关式隔膜阀。
   FF4400量程设定为0.000~2.000。5.2 醇解联锁系统组态
   醇解工段的联锁系统是设备、工艺发生故障时的紧急处理系统,此次仪表方面只实现了碱量下下限联锁,其系统组态图如图4示:
 



图4-1 LS01中的表达式为:SW4402.PV=RV (注:SW4402为已定义的内部开关,此处将碱量下下限报警值赋予SW4402)



LC01中的逻辑图如下:



信号输出:


5.3 进混合机树脂温度调节系统组态
    进混合机树脂的温度是通过树脂预热器的调温作用保持在一定的范围内的,其流程图如图5示:



图5 中的温水调节阀为气开阀,当需要加热树脂是,调节器应该设定为反作用;而需要降低树脂温度时作用正好相反为正作用。为实现这一正/反作用切换功能,控制组态如图6示:



图中TRC4401A设为正作用,TRC4402B设为反作用,通过SS4401(SW33 选择模块)进行两PID模块的切换:需要树脂加热时切为TRC4401B控制调节,此时TRC4401A无效;需要树脂降温时切为TRC4401A控制调节,此时TRC4401B无效,从而实现调节控制方式的正/反作用切换功能。6 使用情况和心得
自系统试车运行以来,经过多次系统测试,我公司的两套CS1000系统均正常运行,没有出现任何的软硬件故障。
与我公司前一套DCS控制系统—霍尼韦尔的PlantScape Process/C200系统相比,除了高级控制功能的开发方面(一般用户较少涉及)和处理器能力要弱外,横河CS1000系统从其系统软件的安装、系统的屏蔽功能、系统数据库的备份维护与恢复、控制组态的在线修改与下装等方面具有更大的方便性和实用性。
CS1000系统软件的安装提供了智能安装功能,根据安装提示能很轻松一次性安装成功。不过在安装CS1000系统软件之前安装VF701卡的驱动程序时有时会出现多次安装才能成功的经历,不知道是不是该驱动程序未完善的原因。
为保证系统的安全性,有必要进行系统功能的屏蔽工作。CS1000系统的屏蔽不需要在操作系统中进行复杂的操作,在其 HIS SETUP对话框中将Windows桌面改为启用 CENTUM桌面,即可以屏蔽Window桌面、开始菜单、右键菜单及键盘快捷键等功能。除了在操作系统中设置的不同级别用户外,在CS1000系统中又设置了三级权限用户,只有以工程师级别进入才能使用系统组态功能。CS1000系统中也存在很明显的系统漏洞,在正常操作画面上有些按钮,如“另存为”按钮,该按钮没有实际应用,但通过该按钮弹出的对话框可以访问硬盘上的所有文件,而且该按钮不能被屏蔽了,这给系统留下了不安全因素。 只能靠加强系统管理工作进行弥补。
CS1000的系统组态数据库只存于MYPJT(My Project)一个文件夹中,只要备份该文件夹即可,在系统崩溃时也只要恢复该文件夹内容即可。在操作系统层面对系统管理员是透明的,这极大的方便了系统的维护工作。
在使用CS1000系统过程中感到最大的一个优点是其方便直观的控制组态功能。在工程师站上进行了组态后保存然后下装即可实现控制方案的实施;如果组态出现了错误,在下装过程中CS1000系统会指出出现错误的地方及原因,大大方便我们的组态工作。这些特性在今后的控制组态方案的改变与优化方面起到很大的作用,自开车以来,我们已经根据实际使用效果对系统的多出控制方案进行了优化改动,取得较好的效果。
另外CS1000系统也存在一些不足,例如其流程图组态的效果相对要差一点,提供的设备图较少、立体感不强;各个画面的切换要繁琐一些。
最后一点不能不提的是横河公司提供的系统培训方面做得相当的好,在西安的两周培训课程中,横河公司的讲师教授了完整而详细的CS1000/CS3000系统知识,并提供相应的上机辅导培训。7 结束语
     DCS集散控制系统的应用已经成为当今仪表控制发展的主流,熟悉和掌握DCS系统也将是今后仪表人员需要努力的方向。以上我结合使用经验谈了一些对横河CENTUM CS1000系统的粗浅的认识和看法,以供同行参考与指正。参考文献
1 《CS1000/CS3000 ENGINEERING》 YOKOGAWA(横河)
2 《计算机网络》 谢希仁 电子工业出版社 1999.4.1
3 《合成III列DCS系统应用》 洪宝庆  《维纶通讯》2003年第三期

审核编辑(王静)
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