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1 引言

  集散控制系統(tǒng)（total distributed control system，亦稱分散型綜合控制系統(tǒng)，簡稱dcs）是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是完成過程控制、過程管理的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)。

2 jx-300x系統(tǒng)簡介

  jx-300x集散控制系統(tǒng)的基本組成包括工程師站（es）、操作站（os）、控制站（cs）和通訊網(wǎng)絡(luò)scnet ii。

  為方便jx集散控制系統(tǒng)升級、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展優(yōu)化，通過在jx-300x的通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接總線變換單元（bcu），可實(shí)現(xiàn)與jx-100、jx-200、jx-300系統(tǒng)的連接;在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口單元（ciu），可實(shí)現(xiàn)jx-300x與plc等數(shù)字設(shè)備的連接。

  jx-300x控制站以*的微控制器（30mhz philips p51xa）為核心，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制品質(zhì)，系統(tǒng)能完成各種*的控制算法：過程管理級采用高性能cpu的主機(jī)和windows95/nt的多任務(wù)操作系統(tǒng)，以適合集散控制系統(tǒng)良好的操作環(huán)境和管理任務(wù)的多樣化;過程控制網(wǎng)絡(luò)采用雙重化的ethernet網(wǎng)技術(shù)，使過程控制級能高速安全的協(xié)調(diào)工作，做到真正的分散和集中。jx-300x控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

  圖1中： os：操作站; es：工程師站; mfs：多功能計(jì)算站; bcu：總線變換單元; ciu：通訊接口單元;

  pcs：過程控制站; lcs：邏輯控制站; das：數(shù)據(jù)采集站; sbus：系統(tǒng)i/o總線; iou:io單元;

  riou：遠(yuǎn)程io單元。

3 水處理工藝流程

  萊鋼軋鋼廠中小型車間水處理主要由以下系統(tǒng)組成：

  （1） 凈環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖如圖2;

  （2） 濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖如圖3。

  水處理主要控制功能為：一次沉淀、二次過濾、三次冷卻，監(jiān)控的設(shè)備主要有8個(gè)吸水井（凈環(huán)水系統(tǒng)：1#、2#、3#;濁環(huán)水系統(tǒng)：4#、5#、6#、7#、8#吸水井的液位）、水泵（水壓、開啟狀態(tài)）、進(jìn)出水管道（水壓、水流量、水溫）、7臺過濾器（壓差、電動閥門開啟控制）、安全水塔（液位）等設(shè)備。

  水處理自控系統(tǒng)采用的是浙大中控的supcon

  dcs系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)外總點(diǎn)數(shù)有400多點(diǎn)，十幾幅全漢字動態(tài)畫面。該系統(tǒng)運(yùn)行在windowsnt環(huán)境中，擁有nt的更多功能，靈活易用，并且算法豐富，組態(tài)方便。supcon jx-300xdcs由工程師站、操作站、控制站、過程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。配置靈活是jx-300xdcs的特點(diǎn)，用戶可根據(jù)需要，對卡件、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余、部分冗余或不冗余選擇，在保證系統(tǒng)可靠，靈活基礎(chǔ)上，降低用戶的費(fèi)用。

3.1 系統(tǒng)配置

  根據(jù)水處理系統(tǒng)規(guī)模，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了1個(gè)控制站，1個(gè)工程師站兼操作站?？刂普臼窍到y(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的i/o處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。工程師站兼操作站包括工控pc機(jī)、彩色顯示器、鼠標(biāo)、scnet2網(wǎng)卡、操作員鍵盤、打印機(jī)等。在此機(jī)器上可完成系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。jx-300xdcs控制站內(nèi)部以機(jī)籠為單位，本系統(tǒng)用了一個(gè)機(jī)柜中的兩個(gè)機(jī)籠。jx-300xdcs控制站的機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上，每只機(jī)柜多配置7只機(jī)籠：1只電源箱機(jī)籠和6只卡件機(jī)籠（可配置控制站各類卡件）。水處理過程控制網(wǎng)絡(luò)采用scnet2網(wǎng)絡(luò)，scnet2網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)的工程師站、操作站和控制站，完成站與站之間的數(shù)據(jù)交換。scnet2可以連多個(gè)scnet2子網(wǎng)，形成一種組合結(jié)構(gòu)。scnet2網(wǎng)絡(luò)又叫過程控制網(wǎng)，采用了雙絞線高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實(shí)時(shí)信息?？刂普揪W(wǎng)絡(luò)又叫sbus，采用主控制卡指揮式令牌，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道。每個(gè)scnet2網(wǎng)理論上多可帶1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)可達(dá)10000m。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

  3.2 控制站性能

  jx-300x dcs控制站機(jī)籠內(nèi)部卡件的型號分為兩類：主控制機(jī)籠（配置主控制卡）和i/o機(jī)籠（不配置主控制卡）。每個(gè)機(jī)籠多可配置20塊卡件，即除了多配置一對互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡之外，還可以配置16塊各類i/o卡件。水處理系統(tǒng)控制站主要配置如下：主控制卡1塊（sp243x）;模擬量輸入模板（sp313x）;數(shù)字量輸入模板（sp331）;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡（sp233）;數(shù)字量輸出模板（sp364）模擬量輸出模板（sp233）。主控制卡必須插在機(jī)籠左端的兩個(gè)槽位。在一個(gè)控制站內(nèi)，主控制卡通過sbus網(wǎng)絡(luò)可以掛接8個(gè)io或遠(yuǎn)程io單元（即8各機(jī)籠）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實(shí)時(shí)過程控制的完整性。主控制卡的高度模塊化結(jié)構(gòu)，用簡單的配置方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過程控制。

  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡槽位可配置為冗余的兩塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡是每個(gè)機(jī)籠必配的卡件。如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡按非冗余方式配置，則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡可插在這兩個(gè)槽位的任何一個(gè)，空缺的一個(gè)槽位不可作為i/o槽位。

  配置靈活時(shí)jx-300x dcs的特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)需要，對卡件選擇全冗余、部分冗余或不冗余，在保證系統(tǒng)可靠、靈活基礎(chǔ)上降低用戶的費(fèi)用。在配置時(shí)，地址設(shè)置應(yīng)遵循以下原則：

  （1）主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是2-31。冗余配置時(shí)，主控制卡的地址遵循“i和i+1連續(xù)，且i必須為偶數(shù)，2≤i＜31”的原則，且地址不能重復(fù)。

  （2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范圍是0-15。冗余設(shè)置時(shí)，地址遵循“i和i+1連續(xù)，且i必須為偶數(shù)，0≤i＜15”的原則，且地址不能重復(fù)。

  （3） 當(dāng)i/o卡件按冗余方式配置時(shí)，互為冗余的兩卡件槽位地址遵循“i和i+1連續(xù)，且i必須為偶數(shù)，0≤i＜15”。

  3.3 網(wǎng)絡(luò)配置

  supcon jx-300x dcs系統(tǒng)采用高速工業(yè)以太網(wǎng)scnet2作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站，通訊接口單元是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，通過連接網(wǎng)橋，scnet2可以與上層的信息管理網(wǎng)或其他設(shè)備連接。

  過程控制網(wǎng)絡(luò)scnet2是在10base ethernet基礎(chǔ)上開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)的通訊接口均采用了的以太網(wǎng)控制器。數(shù)據(jù)傳輸遵循tcp/ip和udp/ip協(xié)議。

  scnet2的通訊介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制器、驅(qū)動接口等均可冗余配置，在冗余配置的情況下，發(fā)送站點(diǎn)（源）對傳輸數(shù)據(jù)包（報(bào)文）進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識，接收站點(diǎn)（目標(biāo)）進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)和信息通道故障判斷、擁擠情況等處理;若檢驗(yàn)結(jié)果正確，按時(shí)間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。而當(dāng)某一條信息通道出現(xiàn)故障，另一條信息通道將負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)通信任務(wù)，通訊仍然暢通。

  對于數(shù)據(jù)傳輸，除控制器所具有的循環(huán)校驗(yàn)、命令/響應(yīng)超時(shí)檢查、載波丟失檢查、沖突檢測及自動重發(fā)等功能外，應(yīng)用層軟件還提供路由控制、流量控制、差錯(cuò)控制、自動重發(fā)（對于物理層無法檢測的數(shù)據(jù)丟失）、報(bào)文傳輸時(shí)間順序檢查等功能，保證了網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性，使響應(yīng)時(shí)間小于1s。

  在保證高速可靠傳輸過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，scnet還具有完善的在線實(shí)時(shí)診斷、查錯(cuò)、校錯(cuò)等手段。系統(tǒng)配有scnet2網(wǎng)絡(luò)診斷軟件，內(nèi)容覆蓋了網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)站點(diǎn)、每一個(gè)冗余端口，每一個(gè)部件。網(wǎng)絡(luò)各組成部分經(jīng)診斷后的故障狀態(tài)被實(shí)時(shí)顯示在操作站上以提醒用戶及時(shí)維護(hù)。

3.4 系統(tǒng)組態(tài)

  用戶界面友好，只需填表就可完成大部分的組態(tài)工作。軟件提供控制站編程語言scx（類c語言）、功能強(qiáng)大的控制模塊、超大編程空間，可方便實(shí)現(xiàn)各種理想的控制策略。圖形化控制組態(tài)軟件sccontrol集成了ld編輯器、fbd編輯器、sfc編輯器、數(shù)據(jù)類型編輯器、變量編輯器、dfb編輯器。sccontrol的所有編輯器使用通用的標(biāo)準(zhǔn)菜單file、windows、help。靈活的自動切換不同編輯器的特殊菜單和工具條。

  sccontrol在圖形方式下組態(tài)十分容易，如圖5所示。在各編輯器中，目標(biāo)（功能塊、線圈、觸點(diǎn)、步、轉(zhuǎn)換等）之間的連接在連接過程中進(jìn)行語法檢查。不同數(shù)據(jù)類型間的鏈路在編輯時(shí)就被禁止。sccontrol提供注釋、目標(biāo)對齊等功能改進(jìn)圖形程序的外觀。sccontrol采用工程化的文檔管理方法，通過導(dǎo)入導(dǎo)出功能，用戶可以在工程間重用代碼和數(shù)據(jù)。

  3.5 豐富、實(shí)用、友好的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

  實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件advantrol是基于中文windows nt/95開發(fā)的應(yīng)用軟件，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，用戶界面友好，具有分組顯示、趨勢圖顯示打印、動態(tài)流程、報(bào)警管理、報(bào)表及記錄、數(shù)據(jù)存檔、現(xiàn)場控制站遠(yuǎn)程自診斷等監(jiān)控功能。操作員通過豐富靈活的動態(tài)畫面，可以方便準(zhǔn)確地完成生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作任務(wù)。根據(jù)水處理具體情況，分別制作了水處理工藝流程圖、過濾間工藝流程圖，主要參數(shù)的歷史趨勢圖、調(diào)整畫面及分組控制圖等。通過操作站，可以清晰的掌握水處理的運(yùn)行情況。如圖6所示，在畫面上有動態(tài)的工藝顯示，實(shí)時(shí)、歷史的報(bào)警記錄窗，實(shí)時(shí)、歷史的曲線記錄窗，以及各種參數(shù)設(shè)定的彈出窗。

  實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件操作畫面包括：報(bào)警一覽、系統(tǒng)總貌、控制分組、調(diào)整畫面、趨勢畫面、流程圖、數(shù)據(jù)一覽。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，dcs系統(tǒng)發(fā)生聲光報(bào)警，并附信息提示，供操作人員和維護(hù)人員參考。附表示出操作畫面一覽表。

  調(diào)整畫面是實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件根據(jù)所組態(tài)的回路、模入信號點(diǎn)、自定義模擬信號點(diǎn)自動生成，一頁只顯示一個(gè)回路或模入信號點(diǎn)或自定義模擬信號點(diǎn)的信息。

  3.6 事件記錄功能

  jx-300x提供了功能強(qiáng)大的過程順序事件記錄、操作人員的操作記錄、過程參數(shù)的報(bào)警記錄等多種事件記錄功能，并配以相應(yīng)的事件存取、分析、打印、追憶等軟件。系統(tǒng)具有小事件分辨間隔（1ms）的事件序列記錄（soe）卡件，可以通過多卡時(shí)間同步的方法同時(shí)對256點(diǎn)信號進(jìn)行高速順序記錄。

  3.7 控制方式

  （1） 水泵控制

  水處理各泵組均可實(shí)現(xiàn)機(jī)旁控制和遠(yuǎn)程集中控制。機(jī)旁控制通過機(jī)旁操作箱實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程集中控制則通過操作站進(jìn)行;

  （2） 過濾器控制

  軋鋼廠水處理共有8臺過濾器，每臺過濾器均有手動、半自動、自動三種方式，過濾器不設(shè)機(jī)旁操作箱，過濾器三種控制方式都是通過操作站實(shí)現(xiàn)。

  在一個(gè)工作周期中，每臺過濾器均有以下4種工作狀態(tài)：過濾、排水、水反洗、過濾。正常工作時(shí)，7臺過濾器處于過濾狀態(tài)，1臺過濾器處于反洗狀態(tài)。每24小時(shí)一個(gè)周期，在一個(gè)周期眾，每一個(gè)過濾器都要反洗一次，反洗完畢的過濾器在一個(gè)周期中不在進(jìn)行反洗;

  （3） 4#泵組變頻電機(jī)控制

  4#泵組為軋鋼水冷段供水，采用3臺355kw電機(jī)，工作方式為兩用一備用。由于工藝要求此水泵水壓必須保持恒壓，故在設(shè)計(jì)中先用了3臺motocan ac型變頻器對4#泵組的3臺泵進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

  該系統(tǒng)規(guī)模變換靈活，可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)單元的過程控制，到全廠范圍的自動化集成，能簡單、方便地完成整個(gè)工廠的控制、管理，是用于水處理系統(tǒng)理想的dcs系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2002年投入運(yùn)行以來，穩(wěn)定可靠，在線修改和調(diào)試方便，確實(shí)給操作人員和維護(hù)人員帶來很大的方便，在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，降低能耗和安全環(huán)保等方面發(fā)揮很大的作用，同時(shí)為進(jìn)一步水處理自動控制的使用打下良好基礎(chǔ)，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的效果，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

Kuka - K C2

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