艾默生DCS在炼铁生产中的应用

一.简介

2000m3高炉自控系统采用了美国艾默生公司的Ovation DCS产品，编程软件为 OvationV3.1.2。该系统共有控制柜3个，双冗余控制站1个，工程师站、操作站、历史站和工作站共4个。

OvationDCS采用FDDI通讯网络, 通讯速率为每秒100 MB，处理容量为每秒200 000 点实时信息, 联网长度达200 km , 节点数最多1 000 个。I/ O 的精度提高到13 位, 分辨率优于0.11 % , 扫描效率每秒为10 次。计时采用令牌存取方式, 确保每秒实时传送200000 个过程点数据。工程师站和操作员站均采用DELL 商用机 , 交换机采用CISCO 产品。 

二. 工艺流程

1.齿轮箱水冷：本系统设两台水泵，一台投入工作，另一台备用。水泵的进水管与接受罐相通。水泵出水经过自清洗过滤器的过滤后，进入换热器，再经电磁流量计、电子除垢器和有关手动阀门后进入齿轮箱。齿轮箱的回水靠本身重力流回到接受罐。罐内有一块隔板（接受罐内的上部是相同的），齿轮箱回水在隔板的一侧，补水管和泵吸水管在隔板的另一侧。自清洗过滤器是机电一体化设备，滤网污染后压差增大，当上升到一定的预置压差时，差压控制器控制自动反洗。

2.气密箱氮封冷却：齿轮箱温度≥70℃时，通往水冷齿轮箱的氮气管路调节阀A1开大，通往阀箱的氮气管路调节阀A2打开应急冷却，齿轮箱温度≤55℃时，A1阀关小，恢复正常供氮，同时关闭A2。阀箱温度≥120℃时，A2开大，打开阀A1，阀箱温度≤70℃时，A2关小，恢复正常供氮。

3.接受罐平衡水位：它的主要作用是向水泵供水，接受齿轮箱的回水。为了平衡压力，有一个气管与齿轮箱连通。齿轮箱回水带进的杂质沉淀后，通过接受罐底部排污管上的电动球阀排出罐外。一根通往罐内的补水管用作补水，补水管路上装有电动球阀。

三.DCS系统组成

1.系统结构图

图1 系统结构图

2.主要硬件组成 

3.软件组成

3.1 Windows XP +SP1  英文版操作系统

3.2 Ovation v3.1.2 控制程序编辑软件及上位组态软件。这是一套集成软件包，包括报警管理软件、趋势显示软件、点信息管理软件、诊断显示软件、记录用户接口软件、关系数据库软件、应用编程工具、历史站软件、报表建立器以及OPC 服务器软件等。主要组态工具是Ovation Developer Studio。

4.网络结构

4.1 Ovation系统网络采用两层网络结构，即ROOT级和FANOUT级。两级均由Fast Ethernet组成，每层网络设备采用冗余配置。

4.2 Ovation系统采用的实时过程控制通讯网络具有快速和大容量特点。采用全冗余容错技术的Ovation Control Network严格遵循IEEE标准。Ovation网络与通讯介质无关，既可采用光纤, 也可采用UTP。Ovation网络软件符合ISO/OSI标准，可在任何一个标准物理网络层通讯，具有所有网络特性：冗余、同步、确定和令牌传输。当与以太网、快速以太网、令牌环或其它拓扑结构相连时，它使用TCP/IP协议。因为Ovation系统在控制系统网络术上的突破，最终用户可在局域和广域范围内（LAN和WAN）构建信息系统，并合成多个网络系统。

四.工艺控制要点

图2、3为炉顶冷却检测系统全图和接收罐水位调节面板图。画面显示水泵、供水阀、排水阀、水位变送器、水箱等。控制面板包括水位实际值（PV）、设定值（SV）、供水阀开度值（MV）和阀门开度（XI）的柱状图和数字指示、水位设定值及增、减按键、供水阀开度及手动增、减按键，及自动（A）、手动（M）切换按键等。

图4为水泵起停控制逻辑组态图。KEYBOARD 3为自动键，若设置为自动时，如果接收罐水位低于低位限制值，L/B输出一个逻辑1，因自动键3输出为逻辑1，触发器被置位，与门1输出逻辑1，经或门2使触发器7置位，水泵起动；如果接收罐水位高于高位限制值，L/A输出一个逻辑1，为防止液位开关抖动而设置TDON，因触发器3在自动时输出1，与门9输出1，经或门11使触发器7复位，水泵停止。（TDON即ONDELAY。ONDELAY算法延迟输出将要变为 TRUE的时间。当输入为TRUE且本算法允许时，定时器输出按指定的时基累积时间直到等于定时器延迟时间数值。此时，定时器输出停止累积且其值保持为延迟时间数值，输出变为TRUE。）

图 2 炉顶冷却监测系统全图

图 3 接收罐水位调节面板图

图 4 水泵起停控制逻辑组态图

图 5 炉顶冷却检测系统控制程序

五.应用心得体会

1.热电阻的量程变换系数有在线计算和离线计算两种方法。在线计算使用Sensor Calibrate工具，离线计算使用Coefficient Calc工具。在线计算工具直接修改控制器中点的参数，使用时注意会使点变为坏质量时，点的扫描会停止，这将影响回路操作。在完成计算后要使用 Reconcile工具将数据传送到数据库中。离线计算工具修改数据库的参数，不影响实时操作，但必须下装到控制器后才起作用，若已计算有转换系数，则它不再计算，需注意参数必须填写完整。

2.WINXP操作系统下数据库的还原方法：先用全数据和分数据将数据库备份，导出所有GB和CB。再将C:\OVPTSVER 和C:\WINDOWS\ETC 目录拷贝下来，记住这两个目录的共享名以及属性。进入DOS环境，键入以下命令：SET ORACLE_DATA_DIR=C:\oracle\oradate；SET ORACLE_INDEX_DIR=C:\orale\oraindex 。进入C:\Oracle\Ora92\database\ptdb\pfile 目录，运行crptdb.bat，cd c:\ovation\ovationbase，ovptbridge ptadmin/ptadmin@ptdb，ovptnetbridge.exe ptadmin/ptadmin@ptdb。此时STUDIO已空，将上面拷贝的目录拷贝回去。（先删后考），在DOS环境下，OPEN DOS，DO_PTADMIN_IMPORT.BAT 全数据备份文件。关掉所有程序，重启计算机。OPEN STUDIO，DOWNLOAD 各操作员站，重启服务器，将OVATION 盘插入 REPAIR系统，CLEAR每个DROP，再DROP LOAD编译CONTROL SHEET AND GB，CLEAR每个DROP，再DROP LOAD即可。

3.在线下装程序要慎之又慎，防止给生产造成被动局面。下载前，要将修改控制逻辑涉及的所有重要设备转换为就地操作，对联锁关系点采取硬接线点强制，防止新旧逻辑在下装瞬间，回到执行状态时的初始扫描过程中，软件初始值引起失控状态值输出，导致设备误动。在线下装应本着“先主CPU，后热备CPU”的原则进行。首先检查操作站上的1800图系统状态，应无异常报警。然后进入“Controller  Diagnostics”控制器诊断功能，检查控制器的运行情况，如各个任务区的负荷，I/O信息，逻辑页信息等。以上确认无误后方可进行。

4.关于主控制器和备用控制器。主控制器将数据发送到网上，备用控制器从网上更新数据。备用控制器只更新寄存器中数据，不进行运算。从网上更新数据时CPU并不停止，它即时监视主站信息，一旦发现下列五种情形，立即投入运行。(1)控制处理器故障(2)网络控制器故障(3)I/O接口故障(4)控制处理器电源断(5)控制处理器复位。主、备控制器切换无时间差。

5.Ovation数据库包括文件和Oracle数据库。其中文件包括:SAMA图、网络配置、站组态设置、参数设置和流程图。Oracle数据库包括：点、I/O卡件定义、Trend Group和Pds Group。

与文件有关的执行Download，Download将文件拷贝到网上。与数据有关的执行LOad,它下装数据库数据到控制器，它不同于Copy，主要作用一是将动态数据、静态数据和闪存数据下装到控制器和工作站；二是对在网上的全部工作站更新分数据库。如果只是修改了DROP中的Point,不需要Clear，只需要load即可。只有修改了Drop中的Configuration，并且Download才需要Clear，再Load。如对工作站修改了内容，并且Download则不用Clear。Clear是清除闪存中的数据。

6.更换控制器(带网卡)的方法。

6.1、将旧控制器断电后拔下。

6.2、插上新控制器(带有新闪存，老闪存要格式化后再用。若不格式化，把其中内容全部删除也可)，上电。格式化闪存CF卡，使为FAT格式，不能是其它格式。具体命令是：CF卡容量<128mb< span="">：Format X：/a：4096/fs：FAT。CF卡容量≥128MB：Format X：/a：8192/fs：FAT。X：为闪存的盘符。

6.3、打开服务器的Error log，查看新网卡的MAC地址。

6.4、打开Developer Studio，选择控制器右键，Open，修改MAC地址，IP地址不变，保存。

6.5、等待服务器启动控制器正常后，使用Download功能，将服务器的程序拷贝到控制器中，等待1~2分钟。此时闪存中出现三个文件夹：BOOT，ETC和WDPF。

6.6、对控制器断电和上电，重新启动控制器正常后，Clear控制器。

6.7、控制器自动启动后，Load控制器，将组态内容下装到控制器。

7.对控制器Load注意事项。

7.1、选择控制器，右键，在菜单中选择Consistency,在Load之前进行一致性检查，对可能引起问题的对象进行修改。

7.2、选择控制器，右键，在菜单中选择Reconcile，将数据库与控制器进行比较，确认无误。

7.3、先对处于控制状态的控制器进行Load操作。需要打开系统状态图进行确认，哪个控制器处于主控状态，哪个控制器处于备用状态。

7.4、在确认主控制器工作正常之后，再对备用控制器进行Load。

7.5、修改Control Builder数据应每进行一小部分就做一次Load，不要积累大量修改后再Load，那样不利于问题的分析。

7.6、在生产设备运行过程中，要谨慎使用Load操作，确认具有Load的权限，分析Load后可能的结果再进行。

8.回路的数据整定是操作站通过网络直接向控制器修改参数。回路改变参数后，控制器的数据必须用Reconcile命令通过手动方式传送到数据库，最终再由Control Builder工具通过Reconcile命令更新控制回路中的Sheet。

六.结语

OvationDCS经过八年来的运行，控制系统运行良好，控制性能完全满足生产要求。