1 前言 集散控制系統(tǒng)（DCS）是一種以微處理器為基礎(chǔ)的分散型綜合控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)，采用了多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)，適用現(xiàn)代化生產(chǎn)的控制與管理需求，目前已成為工業(yè)過程控制的主流系統(tǒng)。萊鋼軋鋼廠中小型車間水處理自控系統(tǒng)，改造前由常規(guī)儀表和電器組成。2001年底改造后應(yīng)用浙大中控SUPCON JX—300X DCS系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)、儀表和電控技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理、工藝畫面顯示、參數(shù)超限報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警和報(bào)表打印等功能，并對(duì)主要工藝參數(shù)形成了歷史趨勢記錄，隨時(shí)查看，并設(shè)置了安全操作級(jí)別，既方便了管理，又使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。 2 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；（2）濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)，工藝流程圖。應(yīng)實(shí)現(xiàn)：一次沉淀、二次過濾、三次冷卻。需要監(jiān)控的設(shè)備主要有8個(gè)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(tái)過濾器（壓差、電動(dòng)閥門開啟控制）、安全水塔（液位）等設(shè)備。 3 系統(tǒng)介紹 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)有四百多點(diǎn)，十幾幅全漢字動(dòng)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(duì)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(gè)控制站，1個(gè)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(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)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(shí)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(gè)機(jī)柜中的兩個(gè)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(gè)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(shí)信息。控制站網(wǎng)絡(luò)又叫SBUS，采用主控制卡指揮式令牌，存儲(chǔ)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(gè)Scnet2網(wǎng)理論上最多可帶1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)10000米。 3.1.1 控制站性能 JX-300X DCS控制站機(jī)籠內(nèi)部卡件的型號(hào)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(gè)機(jī)籠最多可配置20塊卡件，即除了最多配置一對(duì)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(gè)槽位。在一個(gè)控制站內(nèi)，主控制卡通過SBUS網(wǎng)絡(luò)可以掛接8個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)槽位的任何一個(gè)， 空缺的一個(gè)槽位不可作為I\O槽位。 配置靈活時(shí)JX-300X DCS的特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)需要，對(duì)卡件選擇全冗余、部分冗余或不容余，在保證系統(tǒng)可靠、靈活基礎(chǔ)上降低用戶的費(fèi)用。在配置是，地址設(shè)置應(yīng)遵循以下原則： ⑴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(shí)，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= ⑵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(shí)，地址遵循“I和I+1連續(xù)，且I必須為偶數(shù)，0= ⑶ 當(dāng)I/O卡件按冗余方式配置時(shí)，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= 3.2 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(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)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(dòng)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(duì)傳輸數(shù)據(jù)包（報(bào)文）進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識(shí)，接收站點(diǎn)（目標(biāo)）進(jìn)行出錯(cuò)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(shí)間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)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(gè)系統(tǒng)通信任務(wù)，使通訊仍然暢通。 對(duì)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(shí)檢查、載波丟失檢查、沖突檢測及自動(dòng)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(cuò)控制、自動(dòng)重發(fā)（對(duì)于物理層無法檢測的數(shù)據(jù)丟失）、報(bào)文傳輸時(shí)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(shí)間小于1秒。 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(shí)診斷、查錯(cuò)、校錯(cuò)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(gè)站點(diǎn)、每一個(gè)冗余端口，每一個(gè)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(shí)顯示在操作站上以提醒用戶及時(shí)維護(hù)。 3.3 系統(tǒng)組態(tài) SUPCON JX—300X DCS 軟件包AdvanTrol在安裝后，自動(dòng)在桌面上生成兩個(gè)快捷圖標(biāo)，并在開始菜單的程序命令中添加了SUPCON JX—300X DCS選項(xiàng)，其中包含了七個(gè)應(yīng)用軟件的啟動(dòng)方式，可通過它們直接啟動(dòng)相應(yīng)軟件。JX—300X DCS的組態(tài)工作通過組態(tài)軟件SCKey來完成。SCKey組態(tài)軟件是一個(gè)全面支持該系統(tǒng)各類控制方案的組態(tài)軟件平臺(tái)，該軟件運(yùn)用面向?qū)ο螅∣OP）技術(shù)和對(duì)象鏈接與嵌入（OLE2）技術(shù),基于中文Windows系列操作系統(tǒng)開發(fā)的32位應(yīng)用軟件。組態(tài)軟件通過簡明的下拉菜單和彈出式對(duì)話框建立友好的人機(jī)對(duì)話界面，并大量采用Windows的標(biāo)準(zhǔn)控件，使操作保持了一致性，更為易學(xué)易用。該軟件采用分類的樹狀結(jié)構(gòu)管理組態(tài)信息，使用戶能清晰把握系統(tǒng)的組態(tài)狀況。SCKey組態(tài)軟件還提供了強(qiáng)大的在線幫助功能，當(dāng)用戶在組態(tài)過程中遇到了問題，只需按F1鍵或選擇菜單中的幫助項(xiàng)，就可以隨時(shí)得到幫助提示。通過SCKey組態(tài)軟件可完成整個(gè)系統(tǒng)的總體信息組態(tài)、控制站組態(tài)（系統(tǒng)I/O組態(tài)、控制方案組態(tài)等）、操作站組態(tài)（畫面設(shè)置、系統(tǒng)流程圖組態(tài)、系統(tǒng)報(bào)表組態(tài)等）。 SCKey組態(tài)軟件啟動(dòng)后，首先出現(xiàn)的是組態(tài)環(huán)境的主畫面，主畫面由標(biāo)題欄、工具欄、菜單條、操作顯示區(qū)、狀態(tài)欄五部分組成。主要的功能均在菜單中： 文件菜單—包括新建、打開、保存、另存為、打印、打印預(yù)覽、打印設(shè)置和退出等八項(xiàng)； 編輯菜單—包括剪切、復(fù)制、粘貼、刪除等四個(gè)菜單項(xiàng)，該編輯功能即支持在一個(gè)組態(tài)文件內(nèi)部進(jìn)行操作，也支持在兩個(gè)組態(tài)文件的運(yùn)行實(shí)例之間進(jìn)行操作； 總體信息菜單—包括主機(jī)設(shè)置、編譯、備份數(shù)據(jù)、組態(tài)下載、組態(tài)傳送等五個(gè)菜單項(xiàng)； 控制站菜單—包括I/O組態(tài)、自定義變量、常規(guī)控制方案、自定義控制方案和折線表定義等五個(gè)菜單項(xiàng)； 操作站菜單—包括操作小組設(shè)置、總貌畫面設(shè)置、趨勢圖畫面設(shè)置、分組畫面設(shè)置、一覽畫面設(shè)置、流程圖登錄、報(bào)表登錄、自定義鍵、語音報(bào)警等九個(gè)菜單項(xiàng)； 察看菜單—包括狀態(tài)欄、工具欄、錯(cuò)誤信息、位號(hào)查詢、選項(xiàng)五個(gè)菜單項(xiàng)； 幫助菜單—包括幫助主題和關(guān)于Sckey兩個(gè)菜單項(xiàng)。前者將啟動(dòng)軟件的幫助信息，后者將顯示本軟件的版本信息及版權(quán)通告信息。 SCKey組態(tài)軟件主畫面的左邊操作顯示區(qū)，顯示當(dāng)前組態(tài)的“組態(tài)樹”，“組態(tài)樹”以分層展開的形式，直觀的顯示了組態(tài)信息的樹型結(jié)構(gòu)，可從中清晰的看到從控制站直至信號(hào)點(diǎn)的各層硬件結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，也可看到操作站上各種操作畫面的組織方式。 3.4 流程圖繪制 流程圖繪制主要包括工藝流程畫面、趨勢畫面、操作監(jiān)視畫面。使操作人員通過畫面可監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程、設(shè)備啟動(dòng)停止、監(jiān)控參數(shù)、觀察趨勢和查詢歷史記錄。SUPCON JX—300X DCS繪圖工具軟件，充分利用中文NT操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的用戶界面。流程圖制作軟件主要用于流程圖的繪制以及對(duì)流程圖上的各類動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行組態(tài)。這些動(dòng)態(tài)參數(shù)在實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的流程圖畫面中可以進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和操作。具有繪圖功能齊全，編輯功能強(qiáng)大，提供標(biāo)準(zhǔn)圖形庫等優(yōu)點(diǎn)。在SUPCON JX—300X DCS選項(xiàng)的打開JX—300X流程圖，可啟動(dòng)流程圖制作軟件。流程圖繪制軟件分為標(biāo)題欄、菜單欄、菜單圖標(biāo)欄、工具欄、作圖區(qū)、信息欄、窗口按鈕及滾動(dòng)條。 流程圖制作流程： 在組態(tài)軟件中進(jìn)行流程圖文件登錄； 啟動(dòng)流程圖制作軟件； 設(shè)置流程圖文件版面格式 根據(jù)工藝流程要求，用靜態(tài)繪圖工具繪制工藝裝置的流程圖； 根據(jù)監(jiān)控要求，用動(dòng)態(tài)繪圖工具繪制流程圖中的動(dòng)態(tài)監(jiān)控對(duì)象 繪制完后，用樣式工具以完善流程圖； 保存流程圖文件至硬盤上，以登錄時(shí)所用文件名保存，并保存到組態(tài)文件所在目錄； 在組態(tài)軟件中，進(jìn)行組態(tài)信息的總體編譯，生成實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件運(yùn)行的代碼文件； 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。在畫面上有動(dòng)態(tài)的工藝顯示，實(shí)時(shí)、歷史的報(bào)警記錄窗，實(shí)時(shí)、歷史的曲線記錄窗，以及各種參數(shù)設(shè)定的彈出窗。主要實(shí)現(xiàn)了下面幾方面的功能： 在操作站上可以動(dòng)態(tài)顯示反映水塔水位、水池水位、過濾間壓差等工藝參數(shù)，同時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)及歷史記錄，技術(shù)人員可以很方便地對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行分析控制； 對(duì)于各類泵、閥門等設(shè)備的運(yùn)行狀況具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映功能，同時(shí)對(duì)設(shè)備的故障實(shí)時(shí)報(bào)警、確認(rèn)報(bào)警信息做記錄，并具有歷史報(bào)警記錄，以備查用設(shè)備運(yùn)行情況； 過濾間的反沖洗通過操作站的報(bào)警、顯示，并進(jìn)行反沖洗控制； 可以設(shè)置多個(gè)訪問用戶及權(quán)限，不同的權(quán)限對(duì)應(yīng)不同的操作，起到一定的保護(hù)作用； 3.5 報(bào)表制作 SUPCON JX—300X系統(tǒng)中的自動(dòng)報(bào)表分為組態(tài)和實(shí)時(shí)運(yùn)行兩部分。其中報(bào)表制作部分由SCForm的報(bào)表制作軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)運(yùn)行部分與監(jiān)控軟件組成在一起。SCForm軟件從功能上分為制表和報(bào)表數(shù)據(jù)組態(tài)兩部分，報(bào)表制作采用與商用電子表格軟件EXCEL類似的組織形式和功能分割，使用戶能夠方便、快捷的制作出各種類型的表格。報(bào)表數(shù)據(jù)組態(tài)功能的設(shè)計(jì)中，引入事件的概念，極大的增強(qiáng)SCForm報(bào)表制作軟件的靈活和易用性。在操作站上能隨時(shí)查詢，打印歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間為1個(gè)月，使生產(chǎn)人員隨時(shí)查詢。根據(jù)水處理實(shí)際情況，制作了日?qǐng)?bào)表及周報(bào)表。 3.6 實(shí)時(shí)監(jiān)控 SUPCON JX—300X DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件用戶界面友好，所有的命令都化為形象直觀的動(dòng)態(tài)圖標(biāo)，只須用鼠標(biāo)即可輕而易舉的完成操作，再加上操作員鍵盤的配合使用，生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控更是得心應(yīng)手，方便簡潔。實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面分為：標(biāo)題欄、操作工具欄、報(bào)警信息欄、綜合信息欄和主畫面區(qū)五部分。標(biāo)題欄用于顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的標(biāo)題信息；操作工具欄共有24個(gè)形象直觀的操作工具按鈕；報(bào)警信息欄顯示最近產(chǎn)生32條正在報(bào)警的信息；綜合信息欄顯示系統(tǒng)時(shí)間、剩余資源、操作人員與權(quán)限、畫面名稱與頁碼；主畫面區(qū)根據(jù)具體操作畫面顯示相應(yīng)的內(nèi)容。 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件操作畫面包括：報(bào)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(shí)，DCS系統(tǒng)發(fā)生聲光報(bào)警，并附信息提示，供操作人員和維護(hù)人員參考。 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(tái)過濾器，每臺(tái)過濾器均有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)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(gè)工作周期中，每臺(tái)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(shí)，7臺(tái)過濾器處于過濾狀態(tài)，1臺(tái)過濾器處于反洗狀態(tài)。每24小時(shí)一個(gè)周期，在一個(gè)周期眾，每一個(gè)過濾器都要反洗一次，反洗完畢的過濾器在一個(gè)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，采用三臺(tái)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)中先用了三臺(tái)MOTOCAN AC型變頻器對(duì)4#泵組的三臺(tái)泵進(jìn)行控制。 4 結(jié)束語 SUPCON JX—300X DCS系統(tǒng)功能非常強(qiáng)大，不僅為用戶提供方便的組態(tài)界面，監(jiān)控界面，而且還有豐富的圖形顯示，數(shù)據(jù)管理，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，是用于水處理系統(tǒng)理想的DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2002年一月投入運(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(shí)為進(jìn)一步水處理自動(dòng)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。