Honeywell DCS QCS的常青发展

摘要：本文主要阐述了恒丰10号造纸机控制系统DCS及QCS升级改造方案及应用情况。重点说明了在DCS及 QCS系统升级改造中，详细的硬件及软件升级过程，新增功能，改善程度，并对霍尼公司的解决方案及自动化产品及服务给予肯定。 恒丰10号纸机的DCS控制为1999年引进Honeywell 公司针对制浆、造纸业专门开发的TotalPlant® Alcont(简称TPA)集散控制系统，QCS亦为同年引进的MxOpen质量控制系统。TPA是恒丰纸业第一套完整的DCS控制系统，其良好的人际界面、完善的、灵活方便的系统及应用组态工具，在1999年的第一次纸机改造中发挥了重要作用。8年来，这DCS/QCS系统运行良好，为10号纸机的正常生产及产品质量的稳定起着保驾护航的作用。 此次DCS/QCS系统改造的主要原因： 1. 随着国内外市场对产品质量的要求越来越高，该纸机需要再次进行局部改造，同时也迫切需要控制系统进行扩展和更新换代以适应新时期生产的需要。 2. 同时改造前的控制系统的部件逐渐开始老化，系统也开始出现运行不稳定趋势，故障造成偶尔停机，甚至影响生产。 3．维护成本越来越高，特别是QCS系统中控制板卡，由于现代计算机技术、电子元件的飞速发展、更新升级加快，控制系统的控制板卡的元器件已逐步淘汰，其配件在市场上很少且价格很高，所以大部分板（卡）件出现故障时只能送回供应商的工厂返修，可以想像出对生产的影响，而更为严重的是有的备件已无法得到正常供应。 为适应新的生产需要和当前科学技术进步，需要对现有的DCS、QCS系统进行改造升级。根据系统现状及改造资金情况，我们与Honeywell公司的专家进行反复论证、探讨确定了既能保持原系统大部分控制功能不变又能利用现有资源提高控制档次及控制精度，使改造后的控制系统与主流控制相适应的升级改造方案。具体实施方法如下： 一、 操作站更新情况 原旧系统操作站情况：浆部DCS操作站、纸部DCS操作站（纸部设工程师站）、卷取DCS操作站、QCS操作站。 改造后系统操作站情况：浆部DCS操作站不变，纸部淘汰的旧操作站作为备用，增加一台新的操作站，更换新的电脑，配置为戴尔高档Optiplex商用工作站；纸部保留工程师站（不设操作站），更换新电脑，配置为为戴尔高档Precision商用工作站、增加QCS服务器及纸病服务器，新配置；卷取增加纸病站、设DCS站QCS站，分别为新电脑，最新主流配置。 操作站及工程师站的重新分配及更新换代，使控制室的面貌焕然一新，同时也更利于集中维护、管理及操作。 二、 DCS系统（TPA）硬件升级情况（可对比改造前后的网络连接图1和图2） 图1/图2 1. ETI网卡内置驱动程序升级： 原二块由ETIUP11B升级为ETIUP11E，通过软盘专用卡升级。 2. 过程模块PM升级： 原系统的PM1、PM1/1、PM2、PM2/1、PM2/2及PM3等5卡内置驱动程序升级，通过软件下载进行升级。 3. IOC卡升级： 3块与服务器的连接卡P1/ IOC卡通过软件升级。 4. 增加现场控制器FC： 增加一个新的FC1，同时增加2个IO接线柜C3和C4，4个现场总线接口单元NIU，28个输入输出IO板。新增的自动控制功能全部在新的现场控制器中完成控制。 硬件的升级，使相当于CPU的XPR卡自动升级。它的升级使将使系统现场控制器FC的运行时间大大缩短。TPA中XPR的CPU的运行时间为0.16ms，新FC的运行时间将达到0.08ms，单位时间可运行的blocks数量也大大增加，大大改善了控制效果。 同时TPA系统通过网络上新的现场控制器FC，进一步利用Profibus现场总线实现与传动系统的通讯。旧系统传动系统的连锁信号（如上浆泵速度及卷取速度）是通过硬线接入到相应的接口卡的，但每接入一个传动系统的信号都需要重新敷设电缆，而系统升级后，一条Profibus线便能提供所需的任何传动信号。网络系统的改进将会使系统继续得以扩展，如进一步可接入PA智能现场仪表及新型智能编码器通讯信号等。 硬件的升级会使控制系统的扩展更加灵活，不必采用较为昂贵的、专门的Honeywell的IO板件。如本次改造中IO模块中采用了GE公司的VersaMax IO板。特别是控制施剂机电磁阀的控制信号类型是-10V--+10V ，旧的TPA系统要想实现控制必需在原有板件后增加转换器才能将-10V--+10V信号送出到电磁阀；但系统升级后，这种特殊的-10V--+10V信号可直接通过GE公司的VersaMax的IO板输出到电磁阀上，实现控制，方便简捷。 三、 TPA DCS软件系统升级 1. 操作系统升级： 纸部原DCS工程师站、操作站及卷取操作站的操作系统由原来NT系统升级为XP系统。操作系统的升级使之完全支持中文，面板、菜单界面都为中文，更易于操作工的操作、理解。 2. 组态软件升级： 原TPA组态软件中绘图功能不完善，如不具备图形的旋转功能等，组态软件升级后绘图更容易，操作也更简便。 四、 QCS系统升级情况 1. 硬件部分： 原来中控室的QM柜取消，改为壁挂式Davinci系统柜（PM柜）。PMP中装有信号处理器对传感器的检测信号进行处理，并通过以太网与达芬奇主机相连。该处理器具有2000/秒的采样速率。由于采样速度的提高，使系统横向测量分辨率达到5mm。 扫描架内直流传动电机改为交流变频电机，扫描速度可提高到400mm/s。使用高分辨率的编码器，扫描位置精度提高到0.1mm。 更换QCS系统控制计算机，改用达芬奇系统控制主机，系统中采用戴尔高档Precision商用工作站计算机。 2. 软件部份： 原来的操作平台为Unix系统，一些设置需要用命令进行操作，对工程师的要求较高，而现在升级后可在表面上直接操作，简单方便。 达芬奇系统为用户提供了开放协议如OPC等。OPC是一个开放的接口标准，是一个技术规范，它为应用程序间的住处集成和交互提供了强有力的手段。现场信号→OPC→系统监控制软件，表示了现场总线与计算机之间住处传递通道。有了OPC作为通用接口，就可把现场信号与上位监控制、人机界面软件方便地链接起来，还可把它们与PC机的某些通用开发和应用软件平台链接起来。使QCS更方便地与TPA DCS通过OPC进行通讯。 QCS在升级到达芬奇系统后，与原系统相比，性能大幅提高： 1. 扫描速度由200mm/s—300mm/s提高到400mm/s，提高30%-100%。系统横向检测分辨率提高到5mm。由于扫描速度和分辨率的提高，使系统能够发现纸页品质的细微变化，系统的控制响应速度也大大提高。产品次品率降低，质量提高。 2. 增加系统健康诊断浏览器，使操作者随时了解运行状态，实现在线故障诊断。扫描架、传感器和控制板的每一个通道的工作状态都能清晰显示。这种早期的故障报警显示，为维修人员提供了及时处理的可能和预防措施，维修更加方便。 3. 系统报警存储功能，可在系统中查找历史纪录，分析原因，隐患。改变了必须配置打印机记录报警事件的传统。 4．增加了如下功能：质量控制数据管理系统—历史数据存储管理；数据分析—对生产过程趋势曲线按照用户设定的格式显示。为生产管理人员提供丰富的资料，提供数据分析工具，有利于生产管理及质量的提高；表格形式生成品质及生产报告—易于网络传输，统一的格式使各类人员方便地进行资源共享，实行电子信息化管理；建立实验室检测数据与达芬奇系统检测数据的关联数据库；每批（卷）的质量控制参数、系统工作状态与实验室检测数据有机结合；根据生产批号、日期、纸卷记录查找实验室检测数据和QCS系统检测数据。 此次升级改造工作时间紧、任务重，但通过Honeywell专家与用户详细地论证及合理地配置，既保留了原系统的优特点，又对控制系统进行了换代，使增加的控制点合理地进入控制系统；同时也使此次改造达到了最佳的性价比。 Honeywell公司是恒丰纸业优秀的供应商之一，1999年至今已有10号纸机、12号纸机、13号纸机、14号纸机及15号纸机都先后引进了Honeywell公司的DCS、QCS、WIS纸病检测系统。如今的系统改造是对10号纸机控制系统的第一次升级，此次升级换代，改变了该车间控制系统在公司的控制系统落后于时代的局面，使控制系统再次增添了新的生机和活力。这种对老系统的升级改造不仅提高了系统性能，而且缩短了改造周期，投资又少，是企业挖掘设备潜力，提高经济效益的有效途径。目前10号纸机运行稳定，控制良好。 恒丰纸业是目前国内首家实行TotalPlant® Alcont DCS系统升级改造的企业，在系统升级的过程中，Honeywell公司的专家为确保顺利升级，不影响用户的开机时间，专门派人提前来公司进行硬件和软件升级，对一些重要问题提前处理，保证了用户的整个技术改造的按时顺利完成。 参考文献： 《现场总线控制系统应用实例》韩兵 于飞著 化学工业出版社 《计算机网络技术与应用》李向丽 李磊等著 机械工业出版社 作者简历： 张葵红 （1967-）女，牡丹江人，高级工程师，多年从事自动化领域的工程设计、项目开发和技术研究。 联系方式：牡丹江恒丰纸业设计施工处 邮编：157013 电话：13836350296 电子邮箱：zhangkuihong@126.com