王林

[摘? ? 要 ]結(jié)合JX-300X系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文介紹了該系統(tǒng)在汽化低壓系統(tǒng)升級(jí)改造中的主要改造項(xiàng)目：工控機(jī)及上位機(jī)軟件的升級(jí)改造、組態(tài)編程語言的改造、汽包液位控制方式的改造，對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)的兩種控制方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與討論。

[關(guān)鍵詞]JX-300X;汽化低壓系統(tǒng);DCS;汽包水位調(diào)節(jié)

[中圖分類號(hào)]TP273.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]Combined with the characteristics of the JX-300X system， the main transformation items of the system in the upgrading and transformation of the vaporization low-pressure system are introduced： the upgrading and transformation of the industrial computer and the upper computer software， the transformation of the configuration programming language， and the improvement of the drum level control method Renovation， the two control schemes of drum water level adjustment were discussed and introduced in detail.

[Keywords]JX-300X; vaporization low pressure system; DCS; drum water level adjustment

熔煉分廠低壓余熱鍋爐使用的控制系統(tǒng)為浙大中控的JX-300 DCS系統(tǒng)，于2002年投入使用，2008年汽化低壓DCS系統(tǒng)由浙大中控JX-300（V3.12A）系統(tǒng)升級(jí)改造到JX-300X（V3.16），操作系統(tǒng)升級(jí)為Windows2000版本，監(jiān)控軟件升級(jí)到V3.16+SP011版。汽化低壓DCS系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著整個(gè)汽化低壓系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，包括對(duì)7～9#陽極爐余熱鍋爐，1～5#轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐，2#電爐余熱鍋爐的整個(gè)汽化流程的控制，隨著工藝控制過程的不斷改進(jìn)和產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，DCS系統(tǒng)在性能和維護(hù)等方面均存在較多困難，設(shè)備不斷老化，系統(tǒng)故障率逐年增加，已對(duì)余熱鍋爐工藝的平穩(wěn)控制及安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。為了更好的發(fā)揮系統(tǒng)硬件功能及方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，消除現(xiàn)有系統(tǒng)的安全隱患，保持余熱鍋爐的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，2019年將上位機(jī)軟件升級(jí)為功能最完善，組態(tài)最方便的基于windows10的新軟件AdvanTrol PRO V2.80。

1 JX-300X控制系統(tǒng)介紹

1.1 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)由工程師站、 操作站和控制站構(gòu)成，如圖1所示。它們之間由雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng) SCnet Ⅱ 作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，SCnet Ⅱ 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。 SCnet Ⅱ 是在 10base Etherent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專用的以太網(wǎng)控制器，數(shù)據(jù)傳輸遵循 TCP /IP和 UDP /IP協(xié)議?？刂普居芍骺刂瓶?、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、 供電單元等構(gòu)成。它們之間通過 SBUS總線進(jìn)行信息交換，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)充更動(dòng)，控制站內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)可方便地?cái)U(kuò)展I/O卡件，通過軟件設(shè)置和硬件的不同配置可構(gòu)成不同功能的控制結(jié)構(gòu)。過程控制站的最大負(fù)荷為128個(gè)控制回路、256個(gè)模擬量輸入、1024個(gè)開關(guān)量，512 kB控制程序代碼， 512 kB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

1.2 控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成

系統(tǒng)采用的AdvanTrol PRO V2.80軟件主要包括SCDraw 流程圖制作軟件、SCLD 梯形圖組態(tài)軟件、SCKey 組態(tài)軟件及 AdvanTrol實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件等。AdvanTrol PRO V2.80軟件主要功能包括 SCX 語言的編制、功能模塊的組態(tài)、 報(bào)表的制作、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件及故障診斷等內(nèi)容。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

JX-300X系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

（1）網(wǎng)絡(luò)是管理信息網(wǎng)Ethernet，采用以太網(wǎng)絡(luò)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。

（2）網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)SCnetII連接了系統(tǒng)的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等，是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道。

（3）網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱為SBUS控制站內(nèi)部I/O控制總線。主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件都是通過SBUS進(jìn)行信息交換的。主控制卡通過SBUS總線來管理分散于各個(gè)機(jī)籠內(nèi)的I/O卡件。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 控制功能實(shí)現(xiàn)

2.1 常規(guī)單回路控制

單回路控制如圖3所示，對(duì)于1、2#電爐，7～9#陽極爐汽包給水調(diào)節(jié)閥，采用了這種單回路控制方案。

2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)

對(duì)于1、3、4#轉(zhuǎn)爐主副水位以及2、5#轉(zhuǎn)爐1、2#汽包水位兩個(gè)控制對(duì)象來說，應(yīng)該采用串級(jí)控制系統(tǒng)。此串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套變送器和兩個(gè)控制器，前一個(gè)控制器的輸出作為后一個(gè)控制器的設(shè)定，后一個(gè)控制器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個(gè)控制器稱為主控制器，主控制器監(jiān)測(cè)和控制的變量為主變量（主被控參數(shù)），即水位制器稱為副控制器，主控制器監(jiān)測(cè)和控制的變量為副變量（副被控參數(shù)），即給水流量，這個(gè)變量是為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。串級(jí)控制原理如圖4所示。通過串級(jí)控制來穩(wěn)定汽包水位，提高了控制精度，滿足了控制要求。

3 主要改造內(nèi)容

3.1 工控機(jī)及上位機(jī)軟件的升級(jí)改造

因原操作員站、工程師站工控機(jī)配置低，原DCS系統(tǒng)采用的上位機(jī)軟件是基于windows2000操作系統(tǒng)的軟件，微軟公司已經(jīng)取消軟件對(duì)Windows2000系統(tǒng)的兼容，其技術(shù)支持已于2005年6月30日結(jié)束。DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家浙江中控只研發(fā)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制站的相關(guān)硬件產(chǎn)品及其組態(tài)軟件。而工業(yè)計(jì)算機(jī)、通信控制網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成DCS系統(tǒng)的其它相關(guān)硬件設(shè)備，都要向相關(guān)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家去購買。隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，市場(chǎng)上已無法購買到能夠支持windows2000操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，相關(guān)硬件也無支持windows2000系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序。浙江中控也被迫不斷更新和升級(jí)自己的DCS系統(tǒng)，來適應(yīng)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變化。中控公司已無法向老系統(tǒng)用戶提供相關(guān)計(jì)算機(jī)及其通信控制網(wǎng)絡(luò)配件，故本次升級(jí)改造中升級(jí)工控機(jī)的配置，其配件也可以很好買到。將上位機(jī)軟件升級(jí)為功能最完善、組態(tài)最方便的基于windows10的新軟件AdvanTrol PRO V2.80。

3.2 組態(tài)編程語言的改造

汽化低壓DCS系統(tǒng)使用的編程組態(tài)語言為SCX語言，沒有使用當(dāng)前較為流行的、組態(tài)方便、直觀的功能塊、梯形圖等編程語言，組態(tài)編程較為復(fù)雜。在對(duì)原系統(tǒng)的操作站內(nèi)組態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、操作記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行備份的基礎(chǔ)上，將原先SCX語言編程的組態(tài)通過更加直觀的功能塊和梯形圖重新進(jìn)行組態(tài)，如圖5所示。同時(shí)對(duì)升級(jí)的軟件操作界面進(jìn)行重新繪制，在每個(gè)鍋爐汽包操作畫面上都加入了給水調(diào)節(jié)閥的開度控制，并對(duì)各個(gè)控制回路的PID參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置。

3.3 汽包液位控制方式的改造

原汽化低壓DCS系統(tǒng)只起到各模擬量點(diǎn)的監(jiān)視作用，水位控制主要通過手操器完成。手操器使用年限較長(zhǎng)（15a），隨著手操器設(shè)備的不斷老化，故障率逐年增加，且很難購買到備件，已對(duì)余熱鍋爐工藝的平穩(wěn)控制及安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。故本次升級(jí)改造將各汽包液位控制改為DCS系統(tǒng)控制，手操器脫離不用，每個(gè)給水調(diào)節(jié)閥與現(xiàn)場(chǎng)控制站直接連接。

原先汽化低壓系統(tǒng)汽包液位計(jì)信號(hào)是從現(xiàn)場(chǎng)差壓變送器的4～20mA電流信號(hào)經(jīng)過配電器轉(zhuǎn)換成0～5V電壓信號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)控制站的SP314電壓信號(hào)輸入卡，現(xiàn)直接將電流信號(hào)接入現(xiàn)場(chǎng)控制站，把6塊電壓信號(hào)輸入卡換為SP313電流信號(hào)輸入卡。

各個(gè)鍋爐汽包的液位控制方式為：

1、2#電爐，7～9#陽極爐汽包，采用單回路控制，當(dāng)汽包水位≥45%且≤55%時(shí)，DCS系統(tǒng)不報(bào)警，進(jìn)行自動(dòng)控制，輸出跟蹤開關(guān)關(guān)閉，外給定值設(shè)為50%，并且其能自行改動(dòng)。當(dāng)汽包水位大于55%或者高限報(bào)警時(shí)，給水調(diào)節(jié)閥全關(guān)，并開始報(bào)警。當(dāng)汽包水位小于45%或者低限報(bào)警時(shí)，給水調(diào)節(jié)閥全開，并開始報(bào)警。

1～5#轉(zhuǎn)爐，采用串級(jí)控制，當(dāng)汽包水位大于等于78%或高限報(bào)警時(shí)，首先將副水位調(diào)節(jié)閥全關(guān)，然后將主水位調(diào)節(jié)閥的開度值賦給副水位調(diào)節(jié)閥，并報(bào)警。當(dāng)汽包水位小于等于22%或低限報(bào)警時(shí)，首先將副水位調(diào)節(jié)閥全開，然后將主水位調(diào)節(jié)閥的開度值賦給副水位調(diào)節(jié)閥，并報(bào)警。當(dāng)汽包水位>22%<78%時(shí)不報(bào)警，自動(dòng)控制，主副水位輸出跟蹤開關(guān)關(guān)閉，主水位外給定值設(shè)為50%，并且其能自行改動(dòng)。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，同舊系統(tǒng)相比較，JX-300X DCS在系統(tǒng)升級(jí)改造中重新編程了系統(tǒng)組態(tài)，在每個(gè)汽包上面加裝了給水調(diào)節(jié)閥，優(yōu)化了汽包水位調(diào)節(jié)，減少了操作步驟，提高了系統(tǒng)的控制精度，運(yùn)行良好，控制準(zhǔn)確、可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，達(dá)到了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低消耗的目的。

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