DCS系统I／A70在烟酰胺生产中的应用

摘要：介绍了FOXBORO的I／A70 DCS系统实际应用和故障处理，提出了一些建议，并介绍了该系统的设计思路和实现方法。
关键词：集散型控制系统；组态；控制系统

Application of I／A70 System in the Niacinamide Production Process
ZHANG YU

Abstract：The application and fault process of the FOXBORO are introduced in this paper．Some suggestions are brought in and the design thought and how to real the method of the control system are introduced in this paper．
Key words：distributed control system（DCS）；configuration；control system
DCS是目前国际自动控制行业主流系统。70年代以来，以微机为核心的分布式控制系统（亦称集散型控制系统DCS）将现代高科技的最新成就—— 计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和自动控制技术集为一体，使自动化仪表装置向系统化、分散化、多样化和高性能化的方向产生了一个质的飞跃 由分布式控制系统的分散结构替代计算机的集中控制，使得系统的可靠性大大提高。自80年代中期以来，DCS在我国工业中的应用越来越广泛，90年代由于微处理器极其超大规模集成电路（VLSI技术）的发展，计算机技术、容错技术和人机接口技术，窗口技术。交互图形的出现以及标准化的数据通讯网络和人工智能的发展，DCS向综合化、开放化发展．它具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、实现人机对话、便于操作、安全可靠。随着我国工业的不断发展．DCS系统在国内工业也得到了普遍应用．成功地将美国FOXBOX公司生产的DCS I／A70系统应用在烟酰胺生产过程中。
1 I／A7O系统介绍
1.1 DCS l／A7O系统的网络结构
I／A70系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连标准（OSI）基础上，分为四个层次，即宽带局域网（Broadband Lan）（传输速率10Mb／s；同轴电缆15km；可下挂64个载波带）、载波带局域网（Carrierband Lan）（传输速率5Mb／s；同轴电缆1．2km＼电缆10km：可下挂64个节点总线）、节点总线（Node Bus）（传输速率10Mb／s；同轴电缆30m；可下挂64个站组件）和现场总线（Field Bus）CP40（可挂24个FBM）和CP60（可挂30个FCM。每个FCM可挂39FBM）。其系统网络结构简图如图1所示。

1．2 DCS I／A70系统的特点
I／A70系统的软件、硬件和通讯都广泛采用了开放型标准设计的。硬件品种少，可靠性高，组态灵活。
（1）硬件与软件的发展可相互独立发展。
（2）采用先进的实时目标管理技术，可方便地访问整个I，A系统和所连接的信息网络上的信息。
（3）通过以太网接口与信息网络联接以及提供智能现场仪表接口与IFD的数字集成，从而实现了生产管理信息网、生产控制网的测量一体化。
（4）I，0组件全部为变压器耦合隔离和光电隔离，一对一转化，具有自诊断、自恢复功能。过流保护，不用保险丝提高系统运行时间。
（5）可靠性高，采用表面安装技术尺寸小，系统结构简单．电子组件采用全封闭的结构．增强了抗环境腐蚀的能力。控制容错技术，通讯冗余技术和矩阵供电方式，保证了系统的可靠性。
（6）处理机和I／O卡件都有自诊断程序，可进行报警打印．CRT报警显示，有故障的组件红灯显示，无需人工判断，所有组件可带电更换。
（7）I／A70系统软件组态灵活，调试方便．绘图方便，带有丰富的模块库，系统软件具有较强的自诊断能力，在系统运行中周期性对系统网络及各模板的状态进行自诊断．提供状态显示报警
1．3 DCS I／A70系统的组成
在烟酰胺生产中采用了I／A70 DCS控制系统，按照“分散控制、分散操作、集中显示”的原则进行设计。整个DCS系统结构简单，设有一台工程师站及四个操作员站。分别对四个工段（氨氧化站、萃取蒸馏站、生化水解站、浓缩喷雾干燥站）进行显示和控制。
1．4 DCS I／A70系统的硬件配置
上位机采用DELL工控机，FOXBORO控制机柜配置CP40、电源单元、FBM 卡件（接收AI、AO、DI、DO信号）。现场的信号经过端子柜与FBM卡件连接，所有CP采用冗余配置。
1．5 DCS I／A70系统的软件
系统组态软件、综合控制组态软件、系统监视软件、设备监视软件、功能块汇总访问软件、操作员信息接口软件、系统管理显示处理软件、电子表格软件、历史数据库管理软件、生产模型软件、FOXCAD等等，I／A70操作系统支持C和FORTRAN编程语言，包括编译程序、链接程序、调试程序和语义检验程序。
1．6 DCS I／A70系统的主要功能
DCS I／AT0控制系统能完成以下功能：过程参数检测控制（温度、压力、液位、物位、电导率、PH计、产品浓度等）；计算累积、工艺中机电设备起停控制和联锁报警。可实现单回路PID控制、串级控制、顺序控制等多种控制方式。
单回路控制如图2所示。

把现场仪表信号连接到DCS的FBM卡件上。在功能组态中使用AIN模拟输入模块构成模拟检测回路．AIN模块将FBM来的测量信号进行修正、标度、报警等处理，其输出被连到PID模块的测量参数MEAS，HD模块根据测量值与设定值SPT的偏差及P、I、D整定参数的设置进行运算．其输出被连到AOUT模块的输入MEAS．AOUT模块对信号进行输出修正后送到FBM的输出点。
串级调节回路如图3所示。

串级调节回路由二个AIN模块，二个PID模块和一个AOUT模块组成。当闭环运行时副调节器处于远方设定状态，其远方设定值参数RSP连到主调节器的输出参数OUT。为了实现无扰动切换到闭环控制，主调节器的初始化输入信号（INITI）取自副调节器的初始化输出信号（INITO）。主调节器的反计算输入信号（BCALCI）取自副调节器的反计算输出信号（BCALCO）。同时副调节器的初始化输入信号和反计算输入信号分别与AOUT模块的初始化信号和反计算输出信号相连。
1.7 DCS I，A70系统的组态
（1）该系统组态方便，在工程师站进行各工段的组态．首先进行CIO组态，建立各工段的站名A13CP4， 再在各站中建立各自的Compound名A1030．在A1030下建所需测量和控制的参数模块，如图4所示：流量FT08（AIN块）、FC08（PID块）；FV08 （AOUT 块）、SWTH08 （SWCH 块）Logic01（CALC）；然后进行功能图形的连接，在进入Fox draw中绘制该模块的控制图（如图4），然后进行连接。在图4中系统对A1030FT08进行了显示和A1030FV进行了单回路控制。并把逻辑条件<1>联锁进单回路控制中。当逻辑<1>有报警时图中逻辑<1>到SWTH方块的连线红，AIO3OFC08的输出不起作用．A1030FV的输出只能由手动在面板中Min处给定或在Fox select中。由A1030FV08手动给定。不论是简单控制还是复杂控制，系统都可绘制出功能图，利用不同的功能块进行组态，完成一系列控制功能。系统任一操作站都可对全系统进行操作，根据每个操作站的控制范围，组态相应的控制画面，保证每个操作站只响应本工段内的报警信息。各工段操作站显示流程图画面、控制画面、报警画面和趋势记录画面等，可相互转换显示画面，满足各工段操作员的控制操作与生产监视要求。

（2）系统具有历史组态与过程报表功能。
1．8 DCS I，A70系统的调试、投运
必须对DCS I／A70系统逐点进行IQ测试及相关功能的测试，确保系统满足工艺要求。当全部测试完成后，系统投入运行。经过一年多的使用，系统稳定可靠，满足了生产工艺的控制要求。
1．9 DCS I／A70系统的几项技术措施
（1）设立DCS系统专用独立的接地网。
（2）DCS主机与I／O通道的交流电源分别供电采用（UPS与市电并联），防止当通道电源故障时影响主机，并且这样设计可以保证在不停主机的状态下检修I／O通道。
（3）对工艺参数、ICC组态等分别设置了多级权限，保证了系统安全可靠。
2 结语
已经采用两套DCS I／A70系统对烟酰胺生产工艺进行实时控制。从1998年至今系统运行稳定、可靠，完全满足现场工艺生产的要求。
参考文献：
[1]美国FOXBOX公司．DCS I／AT0系统培训手册[Z]．
[2]袁任光．集散型控制系统应用技术与实例[M]．北京：机械工业出版社．2005．
[3]张云生，祝晓红，王静．网络控制系统[M]．重庆：重庆大学出版社，2003．