【摘 要】 　　本文介紹了兩套甲醇控制系統(tǒng)的組成、所用各種模塊的性能、特點，所用上位、下位軟件的組態(tài)、操作以及兩套控制系統(tǒng)的合并方法。介紹了兩套甲醇控制系統(tǒng)合并在河南省世紀(jì)金源化工的成功應(yīng)用所帶來的直接間接效益。 　　 　　【關(guān)鍵字】 　　甲醇控制系統(tǒng)、控制器、軟件，經(jīng)濟(jì)效益，自動控制 　　 　　　　河南省世紀(jì)金源化工有限公司的前身是河南省息縣化肥廠，是一個有著30多年歷史的國營小氮肥企業(yè)，企業(yè)年產(chǎn)合成氨能力八萬多噸、尿素十二萬多噸、甲醇五萬噸。二零零五年六月根據(jù)國家國營企業(yè)改制政策，企業(yè)由國營轉(zhuǎn)變?yōu)樗綘I，改組為河南省世紀(jì)金源化工有限公司。新公司成立后加大了技改力度，先后投資1個億多元，啟動了年產(chǎn)30萬噸合成氨聯(lián)產(chǎn)10萬噸甲醇、30萬噸尿素技改項目，截止到2005底，一期工程也順利竣工投產(chǎn)，甲醇生產(chǎn)能力也由原來的5萬噸提高到現(xiàn)在的10萬噸。在這次技改中成功實現(xiàn)了老的DCS系統(tǒng)與新系統(tǒng)合并運行。2005年12月順利投產(chǎn)，一次開車成功。經(jīng)過幾個月以來的運行，運行穩(wěn)定、操作方便、安全可靠,深受廣大生產(chǎn)及操作、技術(shù)人員的歡迎與好評。 　　 　　一 、兩套控制系統(tǒng)的構(gòu)成 　　　　我們所采用的這兩套系統(tǒng)都是北京思創(chuàng)系統(tǒng)工程公司所開發(fā)的IS8000甲醇控制系統(tǒng)，這兩套控制系統(tǒng)所采用的控制器以及其上下位機(jī)之間的通訊方式不同。 　　　　其中第一套控制系統(tǒng)IS8000是2004年12月投運，整個控制系統(tǒng)由通訊網(wǎng)絡(luò)、操作站及控制站構(gòu)成。操作站由二臺配置相同的工業(yè)控制機(jī)組成，運行模式為服務(wù)器-----客戶機(jī)模式，其中服務(wù)器除負(fù)責(zé)與控制器實時通訊、向客戶機(jī)傳輸IO數(shù)據(jù)、報警、趨勢記錄之外，還負(fù)責(zé)監(jiān)控軟件的編程、組態(tài)以及監(jiān)控軟件的運行等，服務(wù)器除操作站功能之外還兼工程師站功能；另一臺客戶機(jī)作為操作站，常規(guī)情況下只允許用于監(jiān)控軟件的運行，進(jìn)行過程控制、監(jiān)控；服務(wù)器與客戶機(jī)可以隨時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時，客戶機(jī)可以在很短的時間內(nèi)改為服務(wù)器模式或單機(jī)運行模式。 　　 　　1、具體硬件配制如下： 　?。璂ELL Dimension4600 　?。简v4處理器2.88GHz 　　－512M DDR內(nèi)存,80G高速硬盤 　?。僮飨到y(tǒng)為正版Windows 2000中文版 　?。?6XDVD光驅(qū), 　　－10M/100M以太網(wǎng)卡 　?。璓CISA7520 ：RS485通訊卡 　?。?2英寸1600X1200高分辨率的DELL顯示器 　?。怆娛髽?biāo)鍵盤及工業(yè)鍵盤 　　　　控制站包括兩個基于RS485接口的I8817控制器和兩個87K8擴(kuò)展單元，兩個控制器一主一從互為冗余，兩個擴(kuò)展單元插有10個臺灣泓格8000系列模塊，包括模擬量電流輸入模塊I87017模塊2塊、測溫?zé)犭娕寄KI87018模塊3塊、測溫鉑電阻模塊I87013模塊2塊、模擬量電流輸出模塊I87024模塊2塊、無源開關(guān)量輸入模塊I87051模塊1塊，提供全部的數(shù)據(jù)采集及閥門PID控制功能。 　　　　本套控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)是以兩線制RS485總線為介質(zhì)的通訊方式，兩個I8817控制器的COM2口與兩臺工控機(jī)的PCI7520卡的第一口相連，接口為九針扁形接口，1針為正、9針為負(fù)。 　　 　　2、 軟件配置 　　　　(1) 控制站組態(tài)軟件采用ISAGRAF3.46版本，這是一種功能強(qiáng)大而又十分直觀的圖形化組態(tài)軟件，用戶可采用FBD(功能塊圖)、LD（梯形圖）、ST（結(jié)構(gòu)化文本）、SFC（順控圖）FC（流程圖）、IL（指令表）六種符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程和組態(tài)方式；能實現(xiàn)各種復(fù)雜的連續(xù)和邏輯控制方案，通過組態(tài)能實現(xiàn)故障診斷、數(shù)據(jù)采集、實時控制、仿真模擬等各種功能。通過安裝臺灣泓格ICP DAS Utilities For ISaGRAF補(bǔ)丁，組態(tài)全是模塊化結(jié)構(gòu)，簡明易用、基于WINDOWS2000全中文操作系統(tǒng)，組態(tài)界面為中文菜單、簡單易學(xué)。 　　　　(2) 監(jiān)控軟件采用澳大利亞的Citect5.0,性能卓越。該軟件離線組態(tài)及實時運行均基于WINDOWS2000平臺,用戶界面十分友好，3D顯示效果，使用得心應(yīng)手，用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、設(shè)備操作、報警、趨勢記錄、報表管理及打印功能。還可以與其它WINDOWS軟件進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、控制優(yōu)化等，并且可以與其它管理級計算機(jī)構(gòu)成全廠調(diào)度系統(tǒng)。下位機(jī)軟件ISAGRAF通過FBUS功能塊與上位機(jī)軟件CITECT以MODBUS協(xié)議為通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。 　　　　第二套控制系統(tǒng)是根據(jù)生產(chǎn)需要新上一套Φ1400甲醇系統(tǒng)，通過一年來第一套IS8000甲醇控制系統(tǒng)的運行情況看，運行非常穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益顯著。為了更好的能將兩套DCS并聯(lián)運行，決定繼續(xù)選用北京思創(chuàng)系統(tǒng)工程公司的IS8000甲醇控制系統(tǒng)。為了便于操作、節(jié)省投資，決定兩套DCS共用操作站操作。其中控制站包括兩個基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的I8837控制器和一個87K8擴(kuò)展單元，兩個控制器一主一從互為冗余，擴(kuò)展單元插有7個臺灣泓格8000系列模塊，包括模擬量電流輸入模塊I87017模塊2塊、測溫?zé)犭娕寄KI87018模塊3塊、測溫鉑電阻模塊I87013模塊2塊、模擬量電流輸出模塊I87024模塊2塊。由于部分公共控制點在第一套DCS中已采集，所以在第二套中只需要采集控制新上設(shè)備上的儀表設(shè)備。 　　　　二套甲醇控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)是以10M以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的的局域網(wǎng)（LAN）。系統(tǒng)的所有節(jié)點（操作站及控制器）均通過超五類屏蔽雙絞線直接連接到8口10M/100M 集線器（HUB）上。簡單靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可支持就地和遠(yuǎn)程操作站及控制設(shè)備。最多可以同時帶6臺操作站。其控制示意圖如下： 二、兩套DCS合并運行的技術(shù)要點 　　　　由于這兩套控制系統(tǒng)所采用的控制器不同，也就決定所使用的通訊協(xié)議不同。如何能將不同通訊協(xié)議的合并在同一個操作站上長周期穩(wěn)定運行是一個難題。大家知道，工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠是最至關(guān)重要的。因此上馬一個項目，選型一套DCS首先要確保有利于安全生產(chǎn)。 　　　　合并這兩套控制系統(tǒng)的難點主要體現(xiàn)在上位操作站如何利用兩種不同的通訊協(xié)議讀取來自兩個不同的控制站上的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的控制。因此我們的做法是： 　　　　1、首先將四個控制器的地址改為1、2、3、4。因為在同一套控制系統(tǒng)中，控制器的地址絕對不能相同，否則控制器發(fā)生沖突導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法正常運行；由于第一套控制系統(tǒng)的兩個控制器的地址為1、2，因此第二套控制系統(tǒng)的兩個控制器地址只能設(shè)為3、4； 　　2、相對于操作站來說，兩個控制站是分別獨立的。因此我們根據(jù)不同的控制器特點用ISAGRAF3.46編寫兩套下位程序，按照輸入、輸出類型分配好各控制點的地址，編譯后分別按主、從控制器下載到各控制器中，這一步與常規(guī)的下位組態(tài)相同； 　　3、下面最關(guān)鍵的是上位操作站程序的組態(tài)，我們這次還是采用澳大利亞的Citect5.0作為上位監(jiān)控軟件，通過查資料我們知道CITECT5.0不僅支持基于RS485結(jié)構(gòu)的MODBUS協(xié)議，而且支持基于以太網(wǎng)的TCP/IP（MODNET）協(xié)議。因此我們在建立通訊時要建兩個I/O SERVER：一個對應(yīng)I8817控制器添加兩個主、從I/O DEVICES用MODBUS協(xié)議；一個對應(yīng)I8837控制器添加兩個主、從I/O DEVICES用MODNET協(xié)議，還要注意所設(shè)的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)要與I8837控制器的保持一致。然后根據(jù)不同的控制系統(tǒng)上的儀表控制點添加CITECT變量。由于兩套甲醇所用有部分公共設(shè)備，所以有部分儀表控制點也相同，因此在組態(tài)操作畫面時相同的控制點在不同的畫面里可以同時引用。 　　 　　三、兩套控制系統(tǒng)合并后的使用效果 　　　　經(jīng)過幾個月的設(shè)備安裝已具備并系統(tǒng)的條件，事前又開專業(yè)人員會制定并系統(tǒng)方案，對可能出現(xiàn)的問題制定出緊密處理預(yù)案，決定采取在第一套甲醇不停車的情況下進(jìn)行并系統(tǒng)。這樣雖然冒些較大風(fēng)險，但可以避免停車造成的直接經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過多方籌備，于2005年12月3日進(jìn)行并系統(tǒng)，經(jīng)過近一個小時的調(diào)試，成功的將第二套DCS并入系統(tǒng)，并使Φ1400甲醇系統(tǒng)成功開車、順利投產(chǎn)，開創(chuàng)了我廠有史以來新增工段DCS不停車無擾動并系統(tǒng)的先例，經(jīng)過近三個多月以來的運行, 合并后的甲醇控制系統(tǒng)以其穩(wěn)定高效的特性深受廣大生產(chǎn)及操作、技術(shù)人員的歡迎與好評。 　　(1) 該系統(tǒng)功能齊全、自動化程度高 　　該系統(tǒng)的投運使我廠甲醇的裝置水平達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平,它實現(xiàn)了溫度、壓力、液位等的自動控制與調(diào)節(jié)。通過設(shè)置工藝指標(biāo)的高、低限報警，及時提醒了操作人員對工藝指標(biāo)的超前控制，有利于優(yōu)化操作。通過對流量的標(biāo)準(zhǔn)累計，為每天的產(chǎn)量提供了準(zhǔn)確的計量； 　　(2) 系統(tǒng)運行安全可靠 　　該系統(tǒng)自投運以來,一直運行穩(wěn)定、安全可靠,因為其從控制站、操作站以及通訊真正做到全方位的冗余,所以為系統(tǒng)安全、可靠的運行提供了保障。基于RS485的客服模式，即使服務(wù)器出現(xiàn)問題，客戶機(jī)也可以在很短的時間內(nèi)改為服務(wù)器或單機(jī)運行模式，這并不影響基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的另一套的運行安全。 　　(3) 該系統(tǒng)的投運為甲醇的穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供了重要保證 　　系統(tǒng)投運后,不僅降低了整個合成氨系統(tǒng)的壓力，也減輕了變換、精煉工段的負(fù)荷，由于目前前工段氣量不足，現(xiàn)日產(chǎn)基本上穩(wěn)定在120噸左右,并達(dá)到兩氨平衡,而且粗醇濃度最高可以達(dá)到95%以上。使我廠向產(chǎn)品的多元化的發(fā)展邁出了一大步； 　　(4) 使資源得到合理利用，提高了勞動效率，降低了勞動強(qiáng)度 　　按照以往的慣例，新上一個工段就必須要新增一套DCS、就要每班增加兩名操作工，四個班就要增加四名操作人員，而我們成功的將兩套DCS整合，不僅節(jié)省了兩臺操作站，節(jié)省了投資；而且不需要增加的操作人員，使資源得到了合理的利用，提高了勞動效率；由于實現(xiàn)了生產(chǎn)全過程的自動控制與監(jiān)視,大大減輕了崗位操作量，操作工再不需要頻繁地到現(xiàn)場開關(guān)閥門,只需坐在操作室,輕輕地拖動鼠標(biāo)即可完成全過程的操作與監(jiān)視，降低了工人的勞動強(qiáng)度。 　　 　　四、控制系統(tǒng)合并需要注意的幾個問題 　　　　由于我們在合并系統(tǒng)之前經(jīng)過了充分的準(zhǔn)備，所以整個過程都很順利，但并不是所有的控制系統(tǒng)都能合并在一起運行，也打算這么做的同仁們需要注意以下幾個問題： 　　（1）所選用的組態(tài)軟件是否支持所采用的控制器的通訊協(xié)議； 　　（2）注意控制系統(tǒng)所采用的控制器的地址是否沖突，所采用的控制器是否支持并聯(lián)運行，在向上位操作站傳送數(shù)據(jù)時是否有優(yōu)先級； 　　（3）注意上、下位組態(tài)軟件的編程方式，所建立變量的地址格式。并要上、下位之間的地址、變量要確保一一對應(yīng)； 　?。?）在決定合并系統(tǒng)之前要確保上、下位程序都經(jīng)過可靠的調(diào)試，如也采取不停車并系統(tǒng)，就必須與生產(chǎn)、安全各部門密切聯(lián)系，制定出各種預(yù)案，確保萬無一失。 　　 通過我們成功的案例可以看出，只要事前有充分的準(zhǔn)備，小心操作，不停車并系統(tǒng)是完全可以做到的，2005年12月底我們又成功的將35噸吹風(fēng)氣余熱回收工段并入12萬噸脫硫DCS中，并且是在脫硫工段不停車的情況下進(jìn)行的。 　　 　　五、經(jīng)濟(jì)效益分析 　　(1) 兩套控制系統(tǒng)整合在一起，節(jié)省了兩臺操作站，軟硬件投資直接效益至少5萬元，以及維修費用等； 　　(2) 兩套控制系統(tǒng)合并在一起節(jié)省8名操作人員，一年少支付人員工資按平均800元/人月×8人×12個月=76800元； 　?。?）不停車成功將兩套系統(tǒng)合并運行，避免了一次生產(chǎn)波動，確保了生產(chǎn)的穩(wěn)定，直接間接效益至少在10萬元以上； 　?。?）工藝指標(biāo)得了優(yōu)化,提高了工藝指標(biāo)的合格率以及車間的管理水平,減少了事故的發(fā)生,保證了甲醇裝置長周期、高負(fù)荷、安全穩(wěn)定運行,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，因此也達(dá)到了保護(hù)甲醇觸媒的目的。通過近期來看，該系統(tǒng)投運后，精煉、合成系統(tǒng)壓力下降了2Mpa多，降低了壓縮機(jī)的負(fù)荷，節(jié)約了電耗；由于提高了變換工段后CO指標(biāo)，也改善了變換工段的操作條件，減少了正面蒸汽的添加量,噸氨較以前節(jié)約了蒸汽200Kg左右；提高了氫氮氣的凈化質(zhì)量，目前出甲醇后CO百分含量為0.4%左右，降低了精煉的負(fù)荷，較以前少開一臺的銅泵，節(jié)約了電耗噸氨電耗較以前下降150度左右；兩套甲醇系統(tǒng)同時運行，甲醇產(chǎn)量較以往也有了很大提高，現(xiàn)在日產(chǎn)都在120噸以上，并且隨著生產(chǎn)負(fù)荷的不斷加大，產(chǎn)量可提高的潛力很大；同時,提高了企業(yè)的自動化水平和生產(chǎn)管理水平,生動直觀的操作畫面,使操作人員監(jiān)視和操作都比較方便,減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度,改善了操作環(huán)境與操作條件,促進(jìn)了職工文化素質(zhì)的提高。 　　(4) 兩套甲醇控制系統(tǒng)的成功投運,每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約2000萬元左右。