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控制站以先進(jìn)的微控制器（30MHz Philips P51XA）為核心，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性和控制品質(zhì)，系統(tǒng)能完成各種先進(jìn)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。 [align=center] 圖1 JX-300X控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖[/align] 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。 [align=center] 圖2 凈環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖[/align] [align=center] 圖3 濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖[/align] 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Windows NT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個控制站，1個工程師站兼操作站?？刂普臼窍到y(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的I/O處理單元，完成整個工業(yè)過程的實(shí)時監(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、專用操作員鍵盤、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)時監(jiān)控等功能。JX-300X DCS控制站內(nèi)部以機(jī)籠為單位，本系統(tǒng)用了一個機(jī)柜中的兩個機(jī)籠。JX-300X DCS控制站的機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上，每只機(jī)柜最多配置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Scnet2網(wǎng)理論上最多可帶1024個節(jié)點(diǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)10000m。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。 [align=center] 圖4 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖[/align] 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）。每個機(jī)籠最多可配置20塊卡件，即除了最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)籠最左端的兩個槽位。在一個控制站內(nèi)，主控制卡通過SBUS網(wǎng)絡(luò)可以掛接8個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)卡可插在這兩個槽位的任何一個，空缺的一個槽位不可作為I/O槽位。 配置靈活時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，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，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，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，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)時信息的通道，具有很高的實(shí)時性和可靠性，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。 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（報文）進(jìn)行時間標(biāo)識，接收站點(diǎn)（目標(biāo)）進(jìn)行出錯檢驗(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，按時間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個數(shù)據(jù)包中的一個，而濾去重復(fù)和錯誤的數(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)整個系統(tǒng)通信任務(wù)，通訊仍然暢通。 對于數(shù)據(jù)傳輸，除專用控制器所具有的循環(huán)校驗(yàn)、命令/響應(yīng)超時檢查、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、差錯控制、自動重發(fā)（對于物理層無法檢測的數(shù)據(jù)丟失）、報文傳輸時間順序檢查等功能，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)時診斷、查錯、校錯等手段。系統(tǒng)配有SCnet2網(wǎng)絡(luò)診斷軟件，內(nèi)容覆蓋了網(wǎng)絡(luò)上每一個站點(diǎn)、每一個冗余端口，每一個部件。網(wǎng)絡(luò)各組成部分經(jīng)診斷后的故障狀態(tài)被實(shí)時顯示在操作站上以提醒用戶及時維護(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。軟件提供專用控制站編程語言SCX（類C語言）、功能強(qiáng)大的專用控制模塊、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)時監(jiān)控界面 實(shí)時監(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、報警管理、報表及記錄、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、歷史的報警記錄窗，實(shí)時、歷史的曲線記錄窗，以及各種參數(shù)設(shè)定的彈出窗。 實(shí)時監(jiān)控軟件操作畫面包括:報警一覽、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，DCS系統(tǒng)發(fā)生聲光報警，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。 附表 操作畫面一覽表 ＊調(diào)整畫面是實(shí)時監(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)具有最小事件分辨間隔（1ms）的事件序列記錄（SOE）卡件，可以通過多卡時間同步的方法同時對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，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小時一個周期，在一個周期眾，每一個過濾器都要反洗一次，反洗完畢的過濾器在一個周期中不在進(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)造最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。