摘 要：本文介紹了ABB的DCS和羅斯蒙特的3051s FF儀表在甲醇生產(chǎn)工藝過程中的應(yīng)用。作者簡介了甲醇生產(chǎn)的工藝流程、DCS和FF儀表的構(gòu)成、特點(diǎn)及技術(shù)要求；重點(diǎn)描述了該甲醇生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、采用Control Builder F（V7．1版本）軟件平臺的系統(tǒng)組態(tài)、儀表功能塊的組態(tài)和程序加載調(diào)試過程。 關(guān)鍵詞：ABB DCS；羅斯蒙特FF儀表；甲醇生產(chǎn)工藝流程；過程控制；系統(tǒng)組態(tài)

Application of ABB DCS and Rosem ount FF Instruments in the Carbinol Productive Process

Abstract：the paper deals with the application of ABB distributed control system fDCS）and Rosemount FF instruments in thetechnological Drocess of carbinol production．The author briefly introduces the technological flow，composition，features and technicalrequirements of DCS and FF instruments，with the emphasis on the description of design and debugging of the process control systemof carbinol DrodUCtion，including the architecture of the control system，system configuration of using Control Builder F （V7．1）soft—ware platform，the configu ration of instrument function blocks and the program loading and debugging process Keywords：ABB Distributed Control System；Rosemount Instruments with Foundation Fieldbus；Technological Process forCarbinol—making；Process Control；System Configu ration 1甲醇生產(chǎn)的工藝流程 　　以天然氣為主要原料，輔助二氧化碳加壓催化氫化制甲醇是目前工業(yè)上普遍采用的方法，以天然氣加二氧化碳為原料反應(yīng)原理：3CH4+2H20+C02→4CH3OH。 　　典型的流程包括：原料氣制造，原料氣凈化，甲醇合成，初甲醇精餾等工序。整個(gè)工藝可以分為若干個(gè)工段：大氣壓縮，原料氣精脫硫，原料氣轉(zhuǎn)換工段，轉(zhuǎn)化氣壓縮，蒸汽制造，蒸汽冷凝，甲醇合成，初甲醇精餾，火炬，CO2制氣，引風(fēng)機(jī)透平一潤滑油站，鍋爐給水一潤滑油站等工段。 [b]2 ABB DCS系統(tǒng)和Rosemount FF儀表 2．1 ABB的DCS系統(tǒng)簡述[/b] 　　自上個(gè)世界80年代DCS問世以來，集散控制系統(tǒng)在近30年的發(fā)展過程中逐步完善、成熟，并在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。其基本思想是分散控制集中管理。ABB DCS系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是上、下位機(jī)系統(tǒng)及其通信網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)稱為操作站、工程師站或操作站與工程師站共用，操作站實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制操作、過程狀態(tài)顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)的收集和各種趨勢顯示及報(bào)表生成與打印等；工程師站用來對軟件組態(tài)、系統(tǒng)生成與下裝程序等。下位機(jī)稱為現(xiàn)場控制站，它也是一個(gè)小型的PC系統(tǒng)，除了CPU，存儲器，通訊卡等設(shè)備以外，還附帶有各種擴(kuò)展卡件。現(xiàn)場控制站是對現(xiàn)場物理信號（包括開關(guān)信號，模擬量信號）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算，并將結(jié)果傳送到上位機(jī)；系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)各種功能站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)系。 2．2 FF總線及其儀表簡述 　　現(xiàn)場總線技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)8O年代誕生的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它不僅包含有過程控制信息交換，而且還包含設(shè)備管理信息的交流。通過現(xiàn)場總線，各種智能設(shè)備（智能變送器、調(diào)節(jié)法、分析儀和分布式I／0單元）可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，過程控制策略可以完全在現(xiàn)場設(shè)備層次上實(shí)現(xiàn)，經(jīng)歷十多年的發(fā)展，國際上成立了現(xiàn)場總線基金會（FieldbusFoundation，F(xiàn)F），致力于開發(fā)國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。目前，使用較多的現(xiàn)場總線主要是基金會現(xiàn)場總線（FF總線）和PROFIBUS現(xiàn)場總線。應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)可以將各種分布在控制現(xiàn)場的相關(guān)智能設(shè)備和I／0單元方便地連接在一起，構(gòu)成控制系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為DCS發(fā)展的趨勢。 　　FF的體系結(jié)構(gòu)參照ISO／OSI模型的第1、2、7層協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF提供兩種物理標(biāo)準(zhǔn)：Hl和H2。本文介紹的Rosemount3051s現(xiàn)場總線儀表是基于Hl過程控制的低速總線，速率為31．25kbps，傳輸距離分為200m、400m、1200m和1900m。H2的傳輸速率可為1Mbps和2．5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、同軸電纜和光纖，協(xié)議符合IEC1158—2標(biāo)準(zhǔn)。 2．3對DCS系統(tǒng)及FF儀表的技術(shù)要求 　　甲醇的制造危險(xiǎn)系數(shù)是極高的，從工藝氣進(jìn)入到管道開始，一直到精甲醇產(chǎn)品的生成，整個(gè)工藝所產(chǎn)生的物質(zhì)都具有可燃性，生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險(xiǎn)，在這一領(lǐng)域中對基于現(xiàn)場總線的新型控制系統(tǒng)提出了更高的要求。 　　1）要有完備的防爆保護(hù)措施，以保證在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中生產(chǎn)過程的絕對安全。 　　2）系統(tǒng)本身要有很高的可靠性，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。 　　3）對應(yīng)“連續(xù)過程”這一特點(diǎn)，控制系統(tǒng)要有處理模擬數(shù)據(jù)的能力。 　　4）所有現(xiàn)場設(shè)備可以在線插拔，而不影響系統(tǒng)的正常工作。 　　5）系統(tǒng)實(shí)時(shí)加載穩(wěn)定，通訊正常。 　　這就要求控制系統(tǒng)要智能化、靈敏化，以避免危險(xiǎn)發(fā)生，一旦出現(xiàn)事故，也要把事故危險(xiǎn)系數(shù)降到最低。ABB DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有極高的優(yōu)越性，操作員站出現(xiàn)故障可以利用工程師站操作；工程師站和操作員站可以相互更換，保證上位機(jī)的可操作性；下位機(jī)做冗余設(shè)計(jì)，卡件可以即插即用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；下設(shè)安全保護(hù)系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的靈敏度等等諸多優(yōu)點(diǎn)，加上FF總線儀表的使用使DCS變成新型的全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場設(shè)備，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)基本控制功能，即使上位機(jī)和下位機(jī)出現(xiàn)故障，只要通訊正常，就能維持現(xiàn)場儀表（FF儀表）的正常工作，擺脫了儀表本身對于系統(tǒng)的依賴，而且組態(tài)參數(shù)更改后加載不會引起資源中斷（除非更改變量名，也就是更改了數(shù)據(jù)庫），保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 [b]3 甲醇過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．1系統(tǒng)的構(gòu)成[/b] 　　根據(jù)控制點(diǎn)可以設(shè)立兩個(gè)冗余現(xiàn)場控制站，甲醇生產(chǎn)DCS系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。 　　甲醇生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：上位機(jī)7臺，分別為工程師站，廠長室，調(diào)度室和4臺操作員站，其中4臺操作員站可以按工段來分配，比如說1#操作員站只能操作原料氣制造及相關(guān)輔助設(shè)備部分，2#操作員站只能操作原料氣凈化及相關(guān)輔助設(shè)備部分，如此類推，每臺計(jì)算機(jī)都可以顯示各個(gè)工段流程畫面，但只能操作各自工段的設(shè)備；下位機(jī)可設(shè)計(jì)為冗余的兩對現(xiàn)場控制站，以及安全保護(hù)系統(tǒng)站等。 3．2 過程控制系統(tǒng)組態(tài) 　　程序組態(tài)使用ABB Industrial IT系統(tǒng)下的Control Builder F編程組態(tài)軟件（V7．1或以上版本），否則將會不支持FF協(xié)議而無法組態(tài)。組態(tài)步驟： 　　1）打開CBF程序，建立以Yanshi為程序名的程序 　　2）組態(tài)硬件結(jié)構(gòu)：先指定資源，再插入相關(guān)的卡件，包括電源模塊SA801，以態(tài)網(wǎng)卡件E1803，F(xiàn)F／HSE模塊F1840，見圖3。 　　3）HSE硬件組態(tài) 　　通過“庫”導(dǎo)入相應(yīng)的HSE性能文件后，可以在庫里找到相關(guān)的設(shè)備性能文件，然后通過插入硬件即可，最后需要在協(xié)議對象里設(shè)置I／O信號，但要注意的是I／O編輯菜單里有使用（英文Usage）選擇方法是：顯示儀表要求選擇“FF—EIC61131”，可以理解為FF現(xiàn)場總線符合國際電工委員會61131協(xié)議；控制儀表要求選擇“EIC61131一FF"，可以理解為現(xiàn)場的儀表要接受H1送來的信號，定義標(biāo)簽，設(shè)置數(shù)據(jù)類型，信號起止，要注意的是FF信號只能唯一。 　　定義信號源：信號源有H1和HSE兩種，現(xiàn)場儀表是采集數(shù)據(jù)輸送到系統(tǒng)，則源于H1，反之是源于HSE輸送到現(xiàn)場儀表，對應(yīng)于FF與EIC61131，見圖4。 　　　　4）現(xiàn)場儀表的組態(tài)首先要往庫里面導(dǎo)入儀表的硬件識別文件后才能找到相關(guān)的儀表設(shè)備，再在H1鏈接下，插入儀表，儀表的IP地址會自動從20開始排列?？偩€地址可以更改，理論上一根總線上可以掛15塊總線儀表，但出于電源負(fù)荷及通訊考慮，最好不要超過12塊。儀表設(shè)置優(yōu)化，H1設(shè)定“建議”優(yōu)化，以上數(shù)據(jù)除灰色背景數(shù)據(jù)不能修改外，其他數(shù)據(jù)都可以修改，但采用建議數(shù)據(jù)最優(yōu)，這一步很重要，涉及到儀表內(nèi)部的參數(shù)設(shè)置。 　　然后在H1鏈接里插入功能塊應(yīng)用圖，通過連接的設(shè)備找到相關(guān)的儀表，每塊儀表在下拉菜單里找到用戶要使用的功能塊，對應(yīng)的儀表連接到對應(yīng)的FF信號，要注意：1、FB庫里的功能塊非儀表內(nèi)部功能塊，所以不能使用；2、儀表功能塊只能使用一次，也只能在本儀表里選擇導(dǎo)人，每個(gè)功能塊導(dǎo)人以后自身會變成灰白色，見圖5。 3．3 儀表功能塊的組態(tài) 　　儀表功能塊的設(shè)備要選擇儀表，找到其功能塊，對功能塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，一般要設(shè)置量程，單位，功能塊類型等，Rosemoun3051s現(xiàn)場總線儀表的功能塊的類型很多，如有源功能塊（Re—soureceBlock），傳感器功能塊（TancducerBlock），功能功能塊（FunctionBlocko源功能塊只有一塊，設(shè)置設(shè)備類型：3051Pres—sure或3051Tempreture等，對應(yīng)選擇“關(guān)聯(lián)”參數(shù)11。 　　傳感器功能塊有3塊，主要作用是設(shè)置傳感器功能類型，主要參數(shù)有：傳感器量程范圍設(shè)置、單位設(shè)置、表頭顯示參數(shù)的設(shè)置、報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置等。功能功能塊設(shè)置通道功能、測量壓力、溫度等。 4程序加載及調(diào)試 　　程序檢查無誤后，在聯(lián)機(jī)調(diào)試狀態(tài)下加載程序，先對HSE鏈接設(shè)備初始地址指定，再加載設(shè)備即可。如果對單塊儀表進(jìn)行參數(shù)更改后，可以只對單個(gè)儀表加載而不需要對整個(gè)HSE加載，這樣可以減少對系統(tǒng)的影響。加載后，在功能塊里可以直接通過鼠標(biāo)連接，看見實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，但要注意的是每次修改傳感器功能塊參數(shù)時(shí)，先要把功能塊選擇“服務(wù)無效”（Out Of Service，OOS），此項(xiàng)選擇“√”，再更改參數(shù)，加載后，在線取消“√”即可。這樣更改的原因是儀表本身功能塊有記憶功能，只有在服務(wù)無效的情況下才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，正常儀表的顯示如圖6。 5 結(jié)束語 　　筆者親自設(shè)計(jì)、安裝并調(diào)試了河南藍(lán)天集團(tuán)中原甲醇廠新上的甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目，并第一次組態(tài)好了ABBDCS系統(tǒng)下的Rosemount305ls現(xiàn)場總線儀表。據(jù)了解，此系統(tǒng)也是第一次在化工行業(yè)下使用，而今后DCS系統(tǒng)有可能向FCS系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）的方向發(fā)展，因?yàn)镕CS順應(yīng)了自動化系統(tǒng)的發(fā)展潮流，能更加滿足不斷發(fā)展的新技術(shù)和新工藝的需求。