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和利时HOLLiAS MACS系统在BASF BPI项目上的应用

供稿:和利时集团 2008/2/27 9:43:00

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一、概述
德国BASF化工有限公司是世界500强企业,是世界最大的化工企业之一,2005年的销售额达505.3亿美元(福布斯统计数据)。BPI项目(聚异氰酸酯)是BASF中国化工有限公司在上海投资的项目,总投资2.4亿元,生产能力8000吨/年。聚异氰酸酯是一种优质的工程涂料和油漆的固化剂,具有良好的耐候性和保光性,不泛黄,机械强度高,被广泛应用于汽车、建筑、家具、塑料等领域。 用于本BPI项目的和利时控制系统HOLLiAS MACS,是BASF的数名DCS专家对和利时公司进行了长达一年多的考察,按照世界最先进的DCS的要求来衡量并反复测试,一直到他们觉得很满意后,才最终决定购买的。迄今为止,BASF仅从国内外众多的DCS供货厂商中选择了5家主要自动化供货商(MAV),和利时公司是唯一一家国内的DCS供货商。BPI系统采用的DCS系统是和利时公司第四代DCS系统——HOLLiAS MACS系统。该系统采用目前最为流行的PROFIBUS-DP现场总线技术。二、 硬件配置2.1、系统规模
本项目系统测点共计有近700个I/O硬测点,有20个PROFIBUS-DP通讯节点,以及18个SIS测点。具体情况如下:



2.2、系统配置本项目DCS系统配置1台工程师站(可兼做操作员站),4台操作员站,2个现场控制站,具体配置情况如下:工程师站和操作员站配置DELL Precision 380工作站,配置双显示器,鼠标以及专用键盘。工程师站配置一台打印机,其中一台操作员站配置一台打印机,两台打印机地位平等,互为冗余,可以执行系统所需的全部打印任务。每台现场控制站由一台主机柜和若干台扩展机柜组成。主机柜安装冗余的一对控制器、冗余的分布式电源模块、以及若干I/O模块;扩展机柜安装冗余的分布式电源模块、以及若干I/O模块。控制器和I/O模块之间通过PROFIBUS-DP总线连接。操作员站和现场控制站之间通过冗余的100M工业以太网连接。全部到现场的信号均配置安全栅,安全栅和I/O模块采用混合安装方式。在10-3#机柜的背面安装SIS系统。


两个现场控制站的测点分配是按照工艺装置区划分的。10#现场控制站的测点位于工艺单元UNIT20~23,11#现场控制站的测点位于工艺单元UNIT24~29。该项目有一些MCC设备通过PROFIBUS-DP总线和DCS系统连接。系统配置一个配电柜,用于给全部DCS系统设备以及现场仪表进行配电。2.3、系统配置原则
HOLLiAS MACS系统在配置时,遵循如下原则:冗余原则:控制器、通讯总线、网络、电源等关键设备均采用1:1全面冗余技术,保证系统的可靠稳定运行;余量原则:对于I/O测点、硬盘、机柜空间等均按照用户要求配置满足要求的余量;负荷原则:对于控制器负荷、处理能力等技术参数按照要求负荷配置;完整原则:系统的配置是一套符合用户技术规格书要求以及相关文档要求的、完整的DCS控制系统。2.4、系统特点HOLLiAS MACS系统特点可以概括为“三性”:可靠性、易用性、先进性。HOLLiAS MACS系统在设计、器件采购、制造、检测等各个环节保证其可靠性。系统平均无故障率时间MTBF>10万小时,平均修复时间MTTR<5分钟,系统可利用率>99.9%。系统至今已经在二千多个项目上成功实施,实践证明它是成熟的系统、可靠的系统。易用性就是方便使用。作为一个系统来讲,没有易用性,系统再好,功能再先进,如果不能被使用者正确使用,也是白费,甚至带来更坏的结果(比如错误的使用)。这里的“易用性”有两层含义,一是指对系统维护人员的易用,二是指对操作工的易用。这“易用”两个字看起来很简单,但要做深就不是易事了,在此略举几例:对于维护人员而言,系统易用分为硬件的易用和软件的易用,硬件的易用包括所有模块均支持热插拔、无跳线、零接线(系统的模块间采用一对冗余总线连接)、容错(只要能插进去,肯定不会错,模块间的连接、信号线、电源线均采用不同形状的连接件)、智能运行诊断、故障快速定位(比如:系统那块有故障,维护人员可以通过系统的故障诊断系统迅速确定,不用或者很少要维护人员对系统各个部件去排查问题)、局部相关(检修这个模块,肯定不会影响其他模块)等等;软件的易用性包括界面的友好性,流行的WINDOWS风格,标准化、模块化的软件组织方式,丰富的在线帮助信息,BASF ToolKits组态标准(它规定了几十种控制模块,在组态中必须使用这些模块来完成,后面会详细讲述关于ToolKits的具体要去)。对于操作工的易用性,主要包括统一的界面:操作面板、设备符号、物料颜色、甚至字体和小数点位数等,都是有统一规定的;因为他们的管理人员甚至个别操作人员可能是外籍人员,普通的操作工是中国人,因此在操作界面上支持多国语言随时切换;系统还要有丰富的联机帮助和操作指导。这样一来,他们的维护人员、操作人员可以经过很少的培训或者不经过培训便可以直接维护系统和生产操作。先进性从不同的角度出发可以有许多不同的描述,我们把它概括为以下几个方面:1、标准化,包括:硬件设计、生产的标准化,软件开发的标准化,产品性能、接口和特点的标准化等。如:控制算法组态符合IEC61131-3标准;2、开放化,开放性的系统,如支持OPC接口,支持ODBC,开放的网络结构(工业以太网)等,WEB接口的提供等;3、智能化,如组态向导功能,系统交叉引用信息的自动生成(使得使用者从烦杂的“体力”劳动中解脱出来);4、高级功能的提供,如不仅是传统的控制和监视,系统还提供众多的先进控制模块,专用控制模块,再如系统函数的调用接口的提供等,批量控制功能;5、新技术的采用,如总线技术的采用,ActiveX控件支持,VBA支持,面向对象技术的应用,硬件的表面贴工艺等。三、软件组态
本项目的软件组态依据BASF的组态标准包ToolKits的应用要求设计完成的,即使用和利时HOLLiAS MACS系统软件平台提供的功能和手段来实现BASF组态标准包的应用要求。软件组态有以下几个特点:· 全部操作均以“面板”为中心;
· 面向对象思想的应用;
· 多语言功能的使用;
· 多屏幕操作;
· 丰富的自诊断功能-方便维护;
· 适合行业特点的流程图、控制回路等人机界面
· 强大的报表功能;
· 丰富的报警查询,全日志查询功能;3.1、全部操作均以“面板”为中心
不同类型的仪表具有不同的操作面板,在这些操作面板里完成对仪表相对应的全部监视和操作。在此为了描述方便,以开关阀门为例进行讲述。
图2
图2 开关阀门操作面板

在一个阀门的面板上,能够看到这个阀门的全部状态,开反馈状态、开反馈信号质量、开反馈信号强制与仿真、关反馈状态、关反馈信号质量、关反馈信号强制与仿真、开关命令状态、实际命令状态、开关限时显示与设置、手动阀门开关控制、自动阀门开关控制、手自动切换等。
图3
图3 联锁逻辑图

还可以连接到该阀门所在的流程图页面、此流程图页面所在的子总貌图、该阀门的联锁逻辑图,如果有多幅联锁逻辑图的话,弹出选择框、该阀门所在的趋势组画面、操作组画面、调整画面(含诊断信息、如位号(AI)质量状态,断线、短路、超电上限、超电下限;报警以及确认信息,包含高高、高、低、低低限以及四个限的死区等;工程师辅助帮助信息,如位号的接线图、仪表、模块、安全栅等等设备的说明书)、操作人员的帮助信息(面板的使用指南等)3.2、面向对象思想的应用
在当今,面向对象的概念已经被逐渐引入到DCS系统的设计当中。在系统组态里,也全面贯串了面向对象的思想,即:操作人员看到的仪表位号已经不是单一的一个仪表位号,他看到的应该是一个仪表设备,例如泵,在反映给操作人员或者维护人员的并不是单一开命令、关命令、运行反馈、远近程信号、通讯信号、电流信号、以及这些信号的质量状态,而是与此泵相关的一系列信号的状态和质量状态,以及与此设备相关的一系列操作和动作。在组态时,我们不必对一个一个的测点,而组态的是一个泵设备即可,把相关的I/O通道信号连接到这个设备的的相应的输入或输出端子上即可。3.3、系统支持多国语言功能
系统支持多国语言显示,多语言可以在线任意切换,不需要退出系统。语言支持的范围是Windows操作系统所支持的全部语种。它的实现过程是:系统组态时,可以使用任意一种语言进行组态,这种语言被称之为“当地语言”,当系统编译之后,会生成一个“资源表”,这个资源表里是你组态时,你组态的工程里使用到的全部单词或句子,你可以使用任意一种文本编辑器编辑一个“字典”,即一个词汇或句子对照表,之后,系统会根据这个字典进行语言的翻译工作。需要说明的一点是:这些所谓的翻译工作是计算机后台执行的,操作人员是不能觉察到它的存在的。3.4、多屏幕操作
多屏幕是一台操作员站上配置2台以上的显示器,操作人员的手不需要离开鼠标,便可以在两幅以上的画面上进行操作。多屏幕的设置使得操作人员在同一时刻兼顾更多的画面和做更多的操作,更方便的操作。节省人力,提高劳动效率。操作人员使用鼠标可以在两个显示屏之间自动移动,使用键盘可以通过屏幕切换键进行屏幕间的切换。多屏幕的另外一个优点是:节省投资,节省了<

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