趙慶豐

摘 要：本文主要介紹了宣鋼焦化廠焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件組成及各自的功能 ，焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方式，網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)的組成，F(xiàn)BD功能塊的編程設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的設(shè)置。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；硬件系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)；自動(dòng)控制；FBD功能編程

宣鋼焦化廠1#、2#焦?fàn)t，自投產(chǎn)以來一直應(yīng)用焦?fàn)t煤氣加熱。原設(shè)計(jì)的復(fù)式加熱系統(tǒng)由于當(dāng)時(shí)高爐沒達(dá)產(chǎn)且沒有高爐煤氣穩(wěn)壓設(shè)施而沒有啟用。宣鋼10萬立方米高爐煤氣柜的建成，為高爐煤氣應(yīng)用于焦?fàn)t加熱系統(tǒng)建立了可靠的外圍條件。按公司計(jì)劃，宣鋼焦化廠進(jìn)行了“高爐煤氣置換焦?fàn)t煤氣”的技改工作。在自動(dòng)控制系統(tǒng)方面，應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)DCS（集散控制系統(tǒng)）——浙大中控的SUPCON JX-300X系統(tǒng)。

1 焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

1.1 硬件系統(tǒng)

一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的形成，首先是它的硬件部分。該焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件部分由一個(gè)控制站、四個(gè)操作站（一個(gè)工程師站和三個(gè)操作員站）及過程控制網(wǎng)絡(luò)組成?？刂普臼亲詣?dòng)控制系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信號(hào)處理的單元，它完成整個(gè)作業(yè)過程中在線的實(shí)時(shí)監(jiān)控。內(nèi)部設(shè)備有主控制卡—SP243，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡SP233及若干個(gè)輸入輸出（I/O）卡件，以及雙體電源箱（提供5V、24V直流電源）。從安全可靠的角度出發(fā)，在控制站中對(duì)主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡以及電源箱都進(jìn)行了冗余設(shè)置。工程師站和操作員站的硬件基本包括PC機(jī)、鼠標(biāo)、鍵盤以及SCnetⅡ網(wǎng)卡等常用配置，工程師站和操作員站的主要區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站的主要功能是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，而操作員站主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息、歷史趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、反饋和記錄工作，不能進(jìn)行組態(tài)工作。

1.2 軟件系統(tǒng)

JX-300X 系統(tǒng)軟件應(yīng)用于Windows NT 4.0環(huán)境下，由工程師站組態(tài)（Sckey）軟件包（工程師站配置）、監(jiān)控軟件（Advantrol）組成。 程序組態(tài)工作是通過組態(tài)軟件（Sckey）進(jìn)行程序的編寫來完成，調(diào)試成功后將組態(tài)程序下載到控制站之后，進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，即可在良好的人機(jī)界面下，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在工程師站可建立不同級(jí)別的操作用戶，只有掌握相應(yīng)級(jí)別密碼人員才可以進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)行本級(jí)別的操作，保證系統(tǒng)工作的安全性，可靠性。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通訊的構(gòu)成

控制系統(tǒng)中采用了兩層通訊網(wǎng)絡(luò)，均為雙重化冗余結(jié)構(gòu)。一是過程控制站網(wǎng)絡(luò)ScnetⅡ，采用了高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)。過程控制站網(wǎng)絡(luò)用于連接操作站、工程師站與控制站，傳輸實(shí)時(shí)信息。二是控制站的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)SBUS，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件間進(jìn)行信息交換的通道。由于在網(wǎng)絡(luò)連接中均采取了雙重化冗余結(jié)構(gòu)，保證了信息穩(wěn)定可靠的傳輸，應(yīng)用以來沒有異常情況發(fā)生。

2 焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)用于焦化廠的1#、2#兩座焦?fàn)t的加熱系統(tǒng)中，內(nèi)容包括對(duì)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的各溫度、壓力、流量、數(shù)據(jù)分析儀的記錄，以及有關(guān)吸力、壓力的調(diào)節(jié)，機(jī)焦側(cè)高爐煤氣流量、焦?fàn)t煤氣流量的控制和報(bào)警聯(lián)鎖信號(hào)的輸出等。

2.1 單回路控制方式

在吸力和壓力的調(diào)節(jié)上應(yīng)用了單回路控制，提供了手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式。在手動(dòng)狀態(tài)下，由現(xiàn)場(chǎng)操作工給定MV的值以實(shí)現(xiàn)閥位信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出，此狀態(tài)下不具有PID調(diào)節(jié)和給定值功能，只提供一個(gè)測(cè)量值的顯示接口和一個(gè)閥位手動(dòng)操作輸出的功能。手動(dòng)狀態(tài)下輸出的閥位值與一定的被控對(duì)象測(cè)量值PV相對(duì)應(yīng)。自動(dòng)狀態(tài)下，具有比例度（P）、積分（I）、微分（D）和控制周期（TS）等控制參數(shù)。偏差值DV=（PV-SV）。根據(jù)給定值SV，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。其中，PV值與MV值均來源于組態(tài)軟件，具體值在實(shí)時(shí)運(yùn)行中得到。單回路控制方案通過組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)，方法簡(jiǎn)單易行，關(guān)鍵是能夠正確設(shè)定調(diào)節(jié)參數(shù)的輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)。

2.2 FBD功能塊編程

焦化廠在2#焦?fàn)t實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣混合加熱的方法。在生產(chǎn)工藝中，焦?fàn)t煤氣流量根據(jù)高爐煤氣的流量，在機(jī)、焦側(cè)按比值5：100分別進(jìn)行混合，要求對(duì)焦?fàn)t煤氣流量提供三種可切換控制方式：比值、定值以及手動(dòng)方式。JX-300X系統(tǒng)提供了多種編程手段，包括SCX語言、ST 語言及圖形化編程LD梯形圖和FBD功能塊圖。我們從易于掌握和便于非編程人員閱讀的角度出發(fā)，應(yīng)用了FBD功能塊圖的編程方法，嚴(yán)格按照工藝要求與控制原理來編制程序。在正常狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可采取比值控制或定值控制兩種方式。為了確保生產(chǎn)上的安全，分別對(duì)焦?fàn)t煤氣總管壓力、高爐煤氣總管壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，設(shè)立了各自的低壓報(bào)警極限值，二者低限報(bào)警值均為2000Pa，低低限報(bào)警值焦?fàn)t煤氣總管壓力設(shè)為500Pa，高爐煤氣總管壓力設(shè)為1000Pa。低限報(bào)警時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲，提示操作工采取相應(yīng)的措施；當(dāng)其中之一發(fā)生了低低限報(bào)警的情況，在蜂鳴器響的同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備，開始關(guān)閉機(jī)、焦側(cè)焦?fàn)t煤氣翻板，并將控制自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)，操作工按要求作好相應(yīng)的工作。另外，如果發(fā)生低低限報(bào)警的是1#焦?fàn)t或2#焦?fàn)t的焦?fàn)t煤氣總管壓力，則控制交換機(jī)停止交換。

3 監(jiān)控畫面的設(shè)置

（1）分組顯示和工藝流程圖：通過畫面切換，操作工可以觀察到所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，掌握實(shí)際生產(chǎn)情況。

（2）報(bào)警：報(bào)警狀態(tài)下在發(fā)出聲音提示的同時(shí)，操作員從顯示器上將看到發(fā)生報(bào)警測(cè)點(diǎn)的顏色變化及報(bào)警數(shù)值。

（3）趨勢(shì)圖：記錄歷史數(shù)據(jù)，便于分析數(shù)據(jù)和查找原因。對(duì)所有的畫面均提供了漢字說明。良好的人機(jī)界面不僅能滿足各個(gè)不同層次的人員進(jìn)行操作，更體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理中以人為本的宗旨。

4 結(jié)語

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)在焦化廠焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅滿足了焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的工藝要求，而且焦?fàn)t加熱自動(dòng)控制系統(tǒng)自運(yùn)行以來非常穩(wěn)定，自動(dòng)控制狀態(tài)非常良好，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了成本。提供了良好的工作環(huán)境。為提高焦炭質(zhì)量及焦?fàn)t管理水平，保證焦?fàn)t的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供了有力的保障。