摘 要：ABB AC800F型集散控制系統是基于工業IT（Industrial IT）的控制平臺，是一套功能完善的先進控制系統。本文簡述其特點、組成結構、軟件功能，及該系統在焦化廠的實際應用。
關鍵詞：AC800F 煤化系統 集散控制系統
1 引言
青海某責任有限公司投資新建一個100萬噸/年焦化項目。由于地處高原，為了提高產率，保證系統持續的安全、穩定運行，在該公司選中了廣泛使用的ABB AC800F系統。ABB AC800F DCS系統是基于工業IT（Industrial IT）的控制平臺，它的工業自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術和標準，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。又同時具有開放的一體化控制器、全局化的數據管理系統，是世界領先的集DCS和PLC優點于一體自動化控制系統。
2 項目簡介
該公司是一個集采礦、選礦、冶金、煤化工產業為一體的綜合性大型民營獨資企業集團。為了適應惡劣環境，考慮到現代企業的信息化和自動化，及可持續發展的需要，在新建的100萬噸/年焦化項目中應用了最新技術，選擇了ABB AC800F控制系統，該系統具有Industrial IT控制平臺，并基于現場總線，提高公司的信息化和自動化水平。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
AC800F控制器是ABB公司推出的一套世界領先的自動化控制系統，集DCS和PLC優點于一體，并支持多種國際現場總線標準。它既具備DCS的復雜模擬回路調節能力、友好人機界面（HMI）及方便的工程軟件，又具有與高檔PLC指標相當的高速邏輯和順序控制性能。系統既可連接常規I/O，又可連接Profibus、FF、CAN、Modbus等各種現場總線設備。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產裝置的控制還是超大規模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應用，都能應付自如。該系統升級到V7.1版本或以上版本后，系統容量可以達到無窮多點（超過100萬個I/O），今后如果系統需要擴展，可直接在這個基礎上增加I/O或現場總線儀表，利于今后的發展。AC800F系統將ABB控制系統從傳統的過程自動化控制概念提升到基于面向全廠信息化的工廠生產管理系統，其目的是實現在最恰當的時間及最合適的角度向用戶各級人員提供他們需要的最準確及詳細的信息，使他們能夠高效率的運行工廠生產。
該系統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、網關GS。在操作管理級上不僅可以實現傳統的控制系統監控操作功能（預定義及自由格式動態畫面顯示、趨勢顯示、彈出式報警及操作指導信息、報表打印、硬件診斷等），而且能完成配方管理及數據交換等管理功能。過程控制級可以由一個或幾個過程站組成，每個站都包括AC800F和擴展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，系統具有各種I/O模塊可以與現場各類過程信號相連接。
比較于其他集散控制系統，結合AC800F控制系統的發展歷史，我們總結了系統的新技術如下：
（1）開放的現場總線技術
雖然該項目暫時沒有用現場總線型現場儀表，為了利于用戶今后的發展，我們預留了總線硬件接口。在軟件方面ABB AC800F控制器的Profibus模板支持DPV1。標準模件與純DP標準模件相比增加了對儀表的組態能力，這樣無須安裝各種儀表的專用組態軟件，僅導入每個儀表的設備參數文件（GSD文件）,就可以實現在統一的系統編程軟件下對所有PA標準的儀表的參數編程組態的功能，該功能有效節省軟件成本，提高工程組態的效率。
（2）開放的控制功能
該系統控制器采用RISC處理器芯片，程序采用任務運行方式，每個任務都可以設定運行的周期和運行優先級。所以既可以滿足復雜調節回路控制要求（一般要求控制周期較長），又可以滿足快速電氣開關量控制，從而一個控制器就可以覆蓋工廠所有環節控制要求。編程時預留了大量的用戶自定義的控制功能塊，根據今后生產的需要，用戶可以自己添減功能，而IEC61131-3編程標準的應用，使用戶只要有一些基礎知識，就能很快熟悉該系統編程。
（3）系統全局數據庫技術
系統全局數據庫核心技術即“分散存儲，全局管理”。系統編程軟件僅為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數據變量存儲區，但在系統編程軟件上僅為一個全局系統變量表操作員站與過程站之間的數據交換無須數據庫的轉換編程為直接存取，變量的修改與檢查也是系統全局，系統的過程站與操作員站的組態為一套軟件。整個工程自控部分的安裝調試開車只用了兩三周的時間，這是一個很重要的因素。
（4）開放的TCP/IP協議
以太網技術在操作員站、工程師站和過程TCP/IP協議以太網模件，這樣使系統無須增加設備就可以與工廠局域網連接，由于系統支持標準DDE和OPC數據交換標準，使系統與各種第三方數據庫或軟件的數據交換將更加容易。
（5）系統易于擴展
系統軟件無資源限制，用戶今后如果需技術改造,新增加控制點、過程站，工程師站軟件無須重新購買，編程時僅在原項目文件項目樹下添加幾個資源即可，方便了用戶今后的系統擴展和長遠發展。
（6）中文界面
系統菜單，操作面板，系統字符表及系統提示信息均為中文。
4 S800 I/O站的特點
Industrial IT 的I/O模件均為自帶CPU的智能化模件，主要功能是進行信號調理及A/D、D/A轉換、并完成包括線性化、工程單位轉換在內的各種數據預處理。S800 I/O 作為分布式過程I/O站，為模塊設計，經濟，靈活，易于安裝，接線，并可直接與傳動系統連接。其模件及接線端子可任意組合以適用于不同空間及應用要求。
S800 I/O可通過Profibus DP或ABB AF100現場總線實現與高一級控制系統的通信。同時可與ABB傳動設備連接，模件狀態有狀態顯示等現實，也可通過現場總線遠程診測。數據通過現場總線按照一定周期掃描I/O模件，根據模件類型掃描周期設定為4-108ms。S800 I/O具備全冗余功能，包括總線接口模件冗余，總線介質冗余，I/O模件冗余。可實現無擾動切換，所有輸出可強制或預設定。I/O模件通過機械鎖定鍵與接線端子鎖定，所有模件均可帶電插拔。提供本質安全模件及HART通訊，把HART協議轉換為Profibus-DP V1,同時可以使用DTM進行組態。各模件及通道狀態顯示等易于錯誤診斷，所有模件注塑成型，防護等級為IP20。S800 I/O站為導軌式安裝，即可水平安裝，也可垂直安裝。緊湊型和擴展性端子可混合安裝在一起。選用擴展電纜可使安裝更為靈活以適用不同安裝空間的要求。
5 系統組成方案
系統配備了四個過程站和八臺操作員站：工程師站使用工控PC機（也可使用便攜機）作為調試設備，按照煤化工藝和現場的布置圖，我們共建立了4個過程站;系統操作員站運行在工業PC機上，基于MS Windows NT平臺的全中文Digivis軟件包開發的操作界面，其圖形操作接口增強了系統的使用與操作功能。 此外，還可以提高PC機的外部設備指標如:顯示器、打印機、鼠標及鍵盤等，使系統操作更方便。根據廠方要求對應四個過程站分別建立一個或兩個操作員站，每個操作員站只可以監視和操作相應過程站的信息。具體結構如圖1所示。
圖1 DCS系統結構
整個系統設計安全、可靠。工業以太網采用冗余網絡拓撲結構具有高可靠性和安全性，當操作員站、工程師站關閉一臺或全部關閉，只要過程站不停，系統不會停機;而過程站采用雙機熱備份的冗余方式，在控制器EI模件都可以放置電池，這個電池可以在斷電的情況下維持20毫秒的正常運行，當一個控制器出現錯誤，系統會自動切換到另一個控制器，實現主從AC800F控制器之間的平滑切換及同步，所以整個系統安全性很高。不僅控制器可以冗余，所有的輸入及輸出均支持冗余配置，這樣可以進一步提高系統的可靠性。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控制器系統通訊模板為標準TCP/IP協議以太網模件，這樣使系統無須增加設備就可以與企業局域網連接，由于系統支持標準DDE和OPC數據交換標準，使系統與各種第三方數據庫或軟件的數據交換將更加容易，給現場的實時數據管理和企業的信息管理系統帶來方便。
6 工藝實現
根據其工藝過程將分為:“篩焦系統”、“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”等崗位站。在系統設計時以崗位站設計流程圖畫面。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一、美觀。在操作員站的操作界面上制作了多個動態顯示的棒圖，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前變量的狀態，而且操作員也可以通過這些符號來調用相應變量的操作面板，用軟件邏輯控制，控制泵的開關、手自動切換，及變量的預定義值或操作值。
焦爐在焦化行業是一個關鍵，其爐內溫度直接影響著煉制的焦炭質量，所以我們必須保證爐內溫度穩定在一個可靠的范圍內，因此對焦爐煙道及煤氣主管內的壓力控制我們采用了復合控制方式，即前饋加反饋/手動切換的方式實現控制要求。洗脫苯冷凝液貯槽內的液位、蒸銨塔塔頂溫度和銨水的PH值等溫度進行了自動調節控制，由于許多調節回路的SP值（設定值）是一個不確定的數，需根據不同時期的要求不同;在PID調節與手動/自動切換的設計上，我們設計成手動時SP跟蹤PV，自動時根據切換時的SP值調節工藝過程值，這樣當操作員由手動調節工藝過程值切換到自動即可立即以這個工藝值進行調節。利于操作人員進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據的變化趨勢。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錄數據的變化順序，當有事故發生時我們可以參照這些數據來分析事故原因。我們還制作了數據庫來累計記錄“備煤”、“篩焦”、“罐區”等工藝過程中的重要變量，企業可以依據數據分析生產過程，優化生產過程，不斷提高效率。
系統中設計了OPC標準軟件接口，為企業的現場數據管理提供了基礎。同時為企業實現信息化管理提供了保障。
7 小結
現該廠已經投入生產，按照設計要求，整個系統設計為年產焦炭為100萬噸/年，DCS控制系統為實現該目標提供了保障。ABB AC800F型集散控制系統運行穩定、可靠，同時給企業的信息管理帶來方便。實踐證明DCS控制系統在提高勞動生產率、提高產品質量、避免事故等方面做出了貢獻，為企業帶來的經濟效益非常可觀，達到了用戶滿意的效果。
參考文獻
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