1 引言

　　青海某責(zé)任有限公司投資新建一個(gè)100 萬噸/年焦化項(xiàng)目,。由于地處高原,，為了提高產(chǎn)率，保證系統(tǒng)持續(xù)的安全,、穩(wěn)定運(yùn)行,，在該公司選中了廣泛使用的ABB AC800F 系統(tǒng)。ABB AC800F dcs 系統(tǒng)是基于工業(yè)IT（Industrial IT）的控制平臺,，它的工業(yè)自動(dòng)化水平較高,，采用開放的一體化控制器、最新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),，具有信息總和,，高工程效率，高級可升級的解決方案,，開放的通訊,，既插既用等特點(diǎn)。又同時(shí)具有開放的一體化控制器,、全局化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),，是世界領(lǐng)先的集dcs 和PLC 優(yōu)點(diǎn)于一體自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

　　2 項(xiàng)目簡介

　　該公司是一個(gè)集采礦,、選礦,、冶金、煤化工產(chǎn)業(yè)為一體的綜合性大型民營獨(dú)資企業(yè)集團(tuán),。為了適應(yīng)惡劣環(huán)境,，考慮到現(xiàn)代企業(yè)的信息化和自動(dòng)化，及可持續(xù)發(fā)展的需要,，在新建的100 萬噸/年焦化項(xiàng)目中應(yīng)用了最新技術(shù),，選擇了ABB AC800F 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有Industrial IT 控制平臺,，并基于現(xiàn)場總線,，提高公司的信息化和自動(dòng)化水平。I/O 模件選用了S800 系列作為分布式過程站,，使工作更加輕松,。

　　3 AC800F 控制器的特點(diǎn)

　　AC800F 控制器是ABB 公司推出的一套世界領(lǐng)先的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，集dcs 和PLC 優(yōu)點(diǎn)于一體，并支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),。它既具備dcs 的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力,、友好人機(jī)界面（HMI）及方便的工程軟件，又具有與高檔PLC 指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅?。系統(tǒng)既可連接常規(guī)I/O,，又可連接Profibus、FF,、CANModbus 等各種現(xiàn)場總線設(shè)備,。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制還是超大規(guī)模的全廠一體化控制,，甚至對于跨廠的管理控制應(yīng)用,，都能應(yīng)付自如。該系統(tǒng)升級到V7.1 版本或以上版本后,，系統(tǒng)容量可以達(dá)到無窮多點(diǎn)（超過100 萬個(gè)I/O）,，今后如果系統(tǒng)需要擴(kuò)展，可直接在這個(gè)基礎(chǔ)上增加I/O 或現(xiàn)場總線儀表,，利于今后的發(fā)展,。AC800F系統(tǒng)將ABB 控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)的過程自動(dòng)化控制概念提升到基于面向全廠信息化的工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)，其目的是實(shí)現(xiàn)在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間及最合適的角度向用戶各級人員提供他們需要的最準(zhǔn)確及詳細(xì)的信息,，使他們能夠高效率的運(yùn)行工廠生產(chǎn),。該系統(tǒng)可分為操作管理級和過程控制級。操作管理級包括操作站OS,、工程師站ES,、網(wǎng)關(guān)GS。

　　在操作管理級上不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)控操作功能（預(yù)定義及自由格式動(dòng)態(tài)畫面顯示,、趨勢顯示,、彈出式報(bào)警及操作指導(dǎo)信息、報(bào)表打印,、硬件診斷等）,，而且能完成配方管理及數(shù)據(jù)交換等管理功能,。過程控制級可以由一個(gè)或幾個(gè)過程站組成,，每個(gè)站都包括AC800F 和擴(kuò)展I/O S800 單元。

　　過程站CPU 和I/O 單元均可以配置為冗余或不冗余系統(tǒng),，系統(tǒng)具有各種I/O 模塊可以與現(xiàn)場各類過程信號相連接,。

　　比較于其他集散控制系統(tǒng)，結(jié)合AC800F 控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史,，我們總結(jié)了系統(tǒng)的新技術(shù)如下：

　?。?）開放的現(xiàn)場總線技術(shù)

　　雖然該項(xiàng)目暫時(shí)沒有用現(xiàn)場總線型現(xiàn)場儀表，為了利于用戶今后的發(fā)展，我們預(yù)留了總線硬件接口,。在軟件方面ABB AC800F 控制器的Profibus 模板支持DPV1,。標(biāo)準(zhǔn)模件與純DP 標(biāo)準(zhǔn)模件相比增加了對儀表的組態(tài)能力，這樣無須安裝各種儀表的專用組態(tài)軟件,，僅導(dǎo)入每個(gè)儀表的設(shè)備參數(shù)文件（GSD 文件）,就可以實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的系統(tǒng)編程軟件下對所有PA 標(biāo)準(zhǔn)的儀表的參數(shù)編程組態(tài)的功能,，該功能有效節(jié)省軟件成本，提高工程組態(tài)的效率,。

　?。?）開放的控制功能

　　該系統(tǒng)控制器采用RISC 處理器芯片，程序采用任務(wù)運(yùn)行方式,，每個(gè)任務(wù)都可以設(shè)定運(yùn)行的周期和運(yùn)行優(yōu)先級,。所以既可以滿足復(fù)雜調(diào)節(jié)回路控制要求（一般要求控制周期較長），又可以滿足快速電氣開關(guān)量控制,，從而一個(gè)控制器就可以覆蓋工廠所有環(huán)節(jié)控制要求,。編程時(shí)預(yù)留了大量的用戶自定義的控制功能塊，根據(jù)今后生產(chǎn)的需要,，用戶可以自己添減功能,，而IEC61131-3 編程標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，使用戶只要有一些基礎(chǔ)知識,，就能很快熟悉該系統(tǒng)編程,。

　　（3）系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)

　　系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫核心技術(shù)即“分散存儲,，全局管理”,。系統(tǒng)編程軟件僅為項(xiàng)目生成一個(gè)項(xiàng)目文件，雖然每個(gè)控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲區(qū),，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個(gè)全局系統(tǒng)變量表操作員站與過程站之間的數(shù)據(jù)交換無須數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換編程為直接存取,，變量的修改與檢查也是系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的過程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件,。整個(gè)工程自控部分的安裝調(diào)試開車只用了兩三周的時(shí)間,，這是一個(gè)很重要的因素。

　?。?）開放的TCP/IP 協(xié)議

　　以太網(wǎng)技術(shù)在操作員站,、工程師站和過程TCP/IP 協(xié)議以太網(wǎng)模件，這樣使系統(tǒng)無須增加設(shè)備就可以與工廠局域網(wǎng)連接,，由于系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)DDE 和OPC 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),，使系統(tǒng)與各種第三方數(shù)據(jù)庫或軟件的數(shù)據(jù)交換將更加容易。

　?。?）系統(tǒng)易于擴(kuò)展

　　系統(tǒng)軟件無資源限制,，用戶今后如果需技術(shù)改造,新增加控制點(diǎn),、過程站，工程師站軟件無須重新購買,，編程時(shí)僅在原項(xiàng)目文件項(xiàng)目樹下添加幾個(gè)資源即可,，方便了用戶今后的系統(tǒng)擴(kuò)展和長遠(yuǎn)發(fā)展。

　?。?）中文界面

　　系統(tǒng)菜單,，操作面板，系統(tǒng)字符表及系統(tǒng)提示信息均為中文,。

　　4 S800 I/O 站的特點(diǎn)

　　Industrial IT 的I/O 模件均為自帶CPU 的智能化模件,，主要功能是進(jìn)行信號調(diào)理及A/D、D/A轉(zhuǎn)換,、并完成包括線性化,、工程單位轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)預(yù)處理。

　　S800 I/O 作為分布式過程I/O 站,，為模塊設(shè)計(jì),，經(jīng)濟(jì)，靈活,，易于安裝,，接線，可直接與傳動(dòng)系統(tǒng)連接,。其模件及接線端子可任意組合以適用于不同空間及應(yīng)用要求,。

　　S800 I/O 可通過Profibus DP 或ABB AF100 現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)與高一級控制系統(tǒng)的通信。同時(shí)可與ABB 傳動(dòng)設(shè)備連接,，模件狀態(tài)有狀態(tài)顯示等現(xiàn)實(shí),，也可通過現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程診測。數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線按照一定周期掃描I/O 模件,，根據(jù)模件類型掃描周期定為4-108ms,。S800 I/O 具備全冗余功能，包括總線接口模件冗余,，總線介質(zhì)冗余I/O 模件冗余,。可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換,，所有輸出可強(qiáng)制或預(yù)設(shè)定,。I/O 模件通過機(jī)械鎖定鍵與接線端子鎖定，所有模件均可帶電插拔,。提供本質(zhì)安全模件及HART通訊,，把HART 協(xié)議轉(zhuǎn)換為Profibus-DP V1,同時(shí)可以使用DTM 進(jìn)行組態(tài),。各模件及通道狀態(tài)顯示等易于錯(cuò)誤診斷,，所有模件注塑成型,，防護(hù)等級為IP20。S800 I/O 站為導(dǎo)軌式安裝,，即可水平安裝,，也可垂直安裝。緊湊型和擴(kuò)展性端子可混合安裝在一起,。選用擴(kuò)展電纜可使安裝更為靈活以適用不同安裝空間的要求,。

　　5 系統(tǒng)組成方案

　　系統(tǒng)配備了四個(gè)過程站和八臺操作員站：工程師站使用工控PC機(jī)（也可使用便攜機(jī)）作為調(diào)試設(shè)備，按照煤化工藝和現(xiàn)場的布置圖,，我們共建立了4個(gè)過程站,；系統(tǒng)操作員站運(yùn)行在工業(yè)PC機(jī)上，基于MS Windows NT平臺的全中文Digivis軟件包開發(fā)的操作界面,，其圖形操作接口增強(qiáng)了系統(tǒng)的使用與操作功能,。 此外，還可以提高PC機(jī)的外部設(shè)備指標(biāo)如:顯示器,、打印機(jī),、鼠標(biāo)及鍵盤等，使系統(tǒng)操作更方便,。根據(jù)廠方要求對應(yīng)四個(gè)過程站分別建立一個(gè)或兩個(gè)操作員站,，每個(gè)操作員站只可以監(jiān)視和操作相應(yīng)過程站的信息。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全,、可靠。工業(yè)以太網(wǎng)采用冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高可靠性和安全性,，當(dāng)操作員站,、工程師站關(guān)閉一臺或全部關(guān)閉，只要過程站不停,，系統(tǒng)不會停機(jī),；而過程站采用雙機(jī)熱備份的冗余方式，在控制器EI模件都可以放置電池,，這個(gè)電池可以在斷電的情況下維持20毫秒的正常運(yùn)行,，當(dāng)一個(gè)控制器出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)會自動(dòng)切換到另一個(gè)控制器,，實(shí)現(xiàn)主從AC800F控制器之間的平滑切換及同步,，所以整個(gè)系統(tǒng)安全性很高。 不僅控制器可以冗余,，所有的輸入及輸出均支持冗余配置,，這樣可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。但如果使用輸入輸出冗余就會增加成本,，所以我們只使用了控制器冗余,。

　　AC800F控制器系統(tǒng)通訊模板為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)模件,，這樣使系統(tǒng)無須增加設(shè)備就可以與企業(yè)局域網(wǎng)連接，由于系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)DDE和OPC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),，使系統(tǒng)與各種第三方數(shù)據(jù)庫或軟件的數(shù)據(jù)交換將更加容易,，給現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和企業(yè)的信息管理系統(tǒng)帶來方便。

　　6 工藝實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)其工藝過程將分為:“篩焦系統(tǒng)”,、“備煤”,、“脫硫及硫回收”，“硫銨”,、“洗脫苯”,、“綜合給水”、“生化處理”,、“煉焦”,、“制冷站”、“空壓站”,、“罐區(qū)”等崗位站,。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)以崗位站設(shè)計(jì)流程圖畫面。在畫面中我們制作了很多的宏庫,，這樣既方便我們繪制操作員畫面,，又可以保證畫面的統(tǒng)一、美觀,。在操作員站的操作界面制作了多個(gè)動(dòng)態(tài)顯示的棒圖,，既形象描述了變量的變化，又避免操作員的視覺疲勞,，畫面里還制作了很多的圖形符號,。這些圖形符號不但可以表示當(dāng)前變量的狀態(tài)，而且操作員也可以通過這些符號來調(diào)用相應(yīng)變量的操作面板,，用軟件邏輯控制,，控制泵的開關(guān)、手自動(dòng)切換,，及變量的預(yù)定義值或操作值,。

　　焦?fàn)t在焦化行業(yè)是一個(gè)關(guān)鍵，其爐內(nèi)溫度直接影響著煉制的焦炭質(zhì)量,，所以我們必須保證爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在一個(gè)可靠的范圍內(nèi),，因此對焦?fàn)t煙道及煤氣主管內(nèi)的壓力控制我們采用了復(fù)合控制方式，即前饋加反饋/手動(dòng)切換的方式實(shí)現(xiàn)控制要求,。洗脫苯冷凝液貯槽內(nèi)的液位,、蒸銨塔塔頂溫度和銨水的PH值等溫度進(jìn)行了自動(dòng)調(diào)節(jié)制，由于許多調(diào)節(jié)回路的SP值（設(shè)定值）是一個(gè)不確定的數(shù),，需根據(jù)不同時(shí)期的要求不同,；在PID調(diào)節(jié)與手動(dòng)/自動(dòng)切換的設(shè)計(jì)上,，我們設(shè)計(jì)成手動(dòng)時(shí)SP跟蹤PV，自動(dòng)時(shí)根據(jù)切換時(shí)的SP值調(diào)節(jié)工藝過程值,，這樣當(dāng)操作員由手動(dòng)調(diào)節(jié)工藝過程值切換到自動(dòng)即可立即以這個(gè)工藝值進(jìn)行調(diào)節(jié)。利于操作人員進(jìn)一步摸索提高工作效率的方法,。

　　在操作員站的操作界面上,，制作“蒸銨塔底壓力”、“再生塔液位”等重要變量的趨勢圖,，有利于操作員直觀的觀測重要數(shù)據(jù)的變化趨勢,。我們使用了信號順序功能來記錄各操作的變化過程，其最快的掃描周期為兩毫秒,，這樣我們就可以清楚地記數(shù)據(jù)的變化順序,，當(dāng)有事故發(fā)生時(shí)我們可以參照這些數(shù)據(jù)來分析事故原因。我們還制作了數(shù)據(jù)庫來累計(jì)記錄“備煤”,、“篩焦”,、“罐區(qū)”等工藝過程中的重要變量，企業(yè)可以依據(jù)數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)過程,，優(yōu)化生產(chǎn)過程,，不斷提高效率。

　　系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了OPC標(biāo)準(zhǔn)軟件接口,，為企業(yè)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理提供了基礎(chǔ),。同時(shí)為企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化管理提供了保障。

　　7 小結(jié)

　　現(xiàn)該廠已經(jīng)投入生產(chǎn),，按照設(shè)計(jì)要求,，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為年產(chǎn)焦炭為100 萬噸/年，dcs 控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)提供了保障,。ABB AC800F 型集散控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,、可靠，同時(shí)給企業(yè)的信息管理帶來方便,。實(shí)踐證明dcs 控制系統(tǒng)在提高勞動(dòng)生率,、提高產(chǎn)品質(zhì)量、避免事故等方面做出了貢獻(xiàn),，為企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，達(dá)到了用戶滿意的效果,。