梅山选厂山西片分布式控制系统（DCS）数字化改造研究

谭文彬，朱丽平，童国道，丁 鹏

（南京鼎尔特科技有限公司，江苏 南京 210036）

梅山选厂山西片分布式控制系统（DCS）数字化改造研究

谭文彬，朱丽平，童国道，丁 鹏

（南京鼎尔特科技有限公司，江苏 南京 210036）

文章介绍了梅山选厂山西片分布式控制系统（DCS）数字化改造的设计目标和方案，分析了Contrller Link现场总线网络，即PLC与工控机间的连接技术，并简述了系统改造后的功能和特点。

分布式控制系统；Controller；Link；数字化

1 项目背景

梅山选厂山西片分布式控制系统在2000年已经完成，目前已经实现主要设备的自动启动和停车,远程、机旁控制，皮带的顺序启动和停止的连锁控制。并且实现了主要设备的运行状态均可在MIS网上实时监视，在网上实现历史数据的查询。

随着生产工艺的不断改进完善，节能新技术的不断应用普及，近年来对山西片设备进行了一定的改造。如重选车间新增0～0.5系统和45m大井，直线筛和大跳泵的改造，细碎车间更新三台进口破碎机等，这些设备的生产数据需要采集补充到生产过程分布式控制系统控制系统中。细碎1#破碎机机旁柜控制器由CPM1A升级为CS1并对现场设备信号实现远程监控。

除了新增和改造设备外，原部分生产设备的开停车信息及部分设备的运行电流等参数也需要进行采集。此外，根据生产要求，对部分设备的控制线路实行远程控制改造，增加这些设备的远程紧急停车控制功能，以便在出现紧急情况时，可以远程紧急停止这些设备的运行。同时，对这些设备中原来已经进行过变频改造的泵类设备，根据需要增加远程调节功能，使其能够实现远程调节变频器的电流及频率。

此次，实施生产设备运行状态信息监控系统的主要目的，是为了给选厂分布式控制系统控制系统提供更完善可靠的设备监视功能，方便调度人员与生产操作人员结合分布式控制系统的设备运行状态，进行对比分析、综合判断。完善分布式控制系统系统，对设备的远程控制功能，降低工人的劳动强度，规范职工的现场规范，建设成为一个数字化的选矿企业。

2 设计目标

本次分布式控制系统信息采集系统完善，要在现有的DCS系统基础上，充分利用当前网络、站点和服务器的硬件和软件（PLC程序、工程师站和操作员站程序、服务器程序、生产指挥系统程序等），对新增设备、改造后的设备信号进行采集，对老设备信号进行补充采集。同时，对相应的PLC程序编写和优化，对部分重要设备控制部分进行升级改造，完善系统功能，增加设备的远程紧急停车控制功能等，完善并补充信息查询系统，包括设备的启停记录，运行时间记录和报警提示信息等。

改进和完善选厂生产分布式控制系统系统，在满足现场生产需要的情况下，达到稳定的设备控制和较高分布式控制系统水平的新选矿系统。

3 Controller Link现场总线

Controller Link(CLK)网是OMRON推出的一种FA网络，其节点为C200HG、CQM1H、CV、CS1、CJ1等系列的PLC和计算机。CLK网主要是为了方便在网络中的各个PLC节点之间进行大容量的数据交换，协调控制网络中的个PLC节点。

CLK网有两种通信方式：数据链接和信息通信。①数据链接：一种自动实现网络节点之间的数据共享的方式，在节点之间建立了数据链接并启动应用，节点间的通信便可自动进行。数据链接能够在CLK网络上的PLC间或PC间共享公共数据，数据会从本地接点的发送区域自动传送到远程节点的接收区域中。②信息通信：一种通过程序执行指令来实现通信的方式，PLC节点可以在程序中用通信指令向其他节点发起通信，计算机节点可以使用高级语言编程向其他节点发起通信。信息通信可由用户根据需要设置，灵活度较大；数据链接可交换大容量的数据，不需要编程。数据链接和信息通信这两种通信方式在网络中可以同时使用。通过设置数据传输量的大小，最大传输距离可达0.5km(2Mb/s)～1km(500kb/s)。

4 整体架构

为满足用户需求，本次分布式控制系统系统采用了目前世界上最为先进的现场总线（Field Bus）控制方式，选用先进的检测和控制设备，以保证分布式控制系统系统的准确性和可靠性，系统采用了Controller Link现场总线。现场总线(Fieldbus)是指将现场设备与可编程控制器、操作计算机等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络逐步向离散化控制发展的产物。

采用Controller Link现场总线的分布式控制系统中的仪表及设备，向着智能化、数字化、模块化、高精度化和小型化的方向发展。智能仪表和设备之间，不再用模拟信号通过电线、电缆进行互连，而采用现场总线技术进行数字通信，信号传递更加可靠、经济，设备之间的连接更加方便灵活，极大地节约了电缆成本和人力成本。

现场总线通过不断地发展和完善，最终实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成统一，具有以下技术特点：①现场设备已成为全数字化设备，通过传输介质（双绞线、同轴电缆或光纤等）以总线拓扑相连，组成数字化网络；②现场总线网络的实时性好，抗干扰能力强，传输速率高（根据不同的网络，最高可达100Mbit/ s级）；③不同的功能由不同的模块实现，便于系统维护、管理与扩展，分散风险；④开放式的网络结构，既便于同层控制级网络相连，也便于与监控级网络或管理级网络相连；⑤通讯标准的公开性、一致性，使系统具备开放性，从而设备间具有互可操作性。⑥本次采用的Controller Link现场总线，已成为日本国家标准和行业标准。Controller Link总线能使PLC、计算机等节点间方便、灵活地发送和接收大容量数据,且具有较高的实时性、可靠性。由于系统控制设备分布广，考虑到系统兼容性，本系统选择欧姆龙CS1系列PLC作为控制器。

5 系统拓扑图

山西片分布式控制系统系统采用现场控制层采用Controller Link总线，通过光纤连接各站点。系统结构图见图1。

图1 梅山铁矿山西片分布式控制结构图

6 系统功能

分布式控制系统（DCS）从功能的角度，可以划分为三个级别，即：现场控制级、过程监控层和生产管理级。①现场控制级主要是对现场设备进行监控。现场应用层采用了可编程序控制器（PLC），与现场设备通过电气接线或通讯的方式，采集设备的运行状态或运行参数，通过一定的逻辑判断运算对设备进行控制，系统的可靠性很高。②过程监控层一般为CS架构（即服务器/客户端结构），系统由两台冗余服务器和多台操作计算机组成。操作计算机可以分为工程师站和操作员站，设定不同的权限，工程师站主要负责画面的组态编辑修改，操作员站主要负责画面的监视和操作，服务器主要负责与可编程序控制器（PLC）通讯，采集实时数据并记录到数据库中，发布实时数据与画面到企业局域网中，供操作计算机或生产管理层调用。③生产管理级主要厂领导调度、指挥生产以及生产决策。服务器将数据发布到梅山局域网后，通过设定不同的访问权限，不同的用户通过网页浏览，可以在梅山局域网内联网查看到现场设备的运行情况和生产情况，及时了解现场设备状况，做出相应的判断和决策，提高生产效率。系统功能架构见图2。

7 系统特点

本控制系统方案具有如下特点：①本系统充分结合生产工艺和现有的分布式控制系统系统状况，按照先进、成熟、可靠、安全、灵活、适用、开放、经济、有效的总体原则进行设计，并与现有分布式控制系统完全兼容。②建立三层计算机网络，控制级、集控级和管理级构成基于现场总线（Controller Link）的PLC-SCADA系统。工作站计算机互为备份，当一台操作站出现故障时，另一台操作站及时投入工作，确保数据完整、准确。③“生产作业现场设备运行状态信息监控系统”每一部分施工、投运和调试可以保证既相互独立又相互联系。④整个分布式控制系统系统结构合理、工艺控制思路及方法先进、系统稳定可靠。选购设备为经过实践检验的成熟仪表，保障设备安全运行、减少故障，提高设备作业能力。⑤分布式控制系统系统有历史数据查询、报表等诸多信息处理功能。重要数据可保存一年以上，便于强化管理、工艺比较分析和查询统计。⑥经过授权，通过Internet网还可以实现远程登录访问，随时随地了解选矿车间相关生产、设备和产量等信息。在车间调度室、办公室均可以实时浏览现场设备的工作状况，便于调度和指挥生产。⑦分布式控制系统系统在提高经济效益的同时，还可以减轻工人的操作强度，并可以减员增效。⑧系统扩展性好，充分考虑到将来的分布式控制系统系统延伸。系统为未来其它分布式控制系统系统的接入留有接口，管理级经扩展还可与矿业公司、宝钢集团总部联网等。

图2 系统功能架构

8 结束语

梅山选厂山西片分布式控制系统DCS系统改造后，取得了明显的效果，主要表现如下：①本次系统改造为未来企业综合分布式控制系统和信息管理提供了坚实基础。本系统可以保存重要设备的主要参数运行状况，并显示实时曲线，提供历史记录查询等，对信息的管理功能加强，提供了底层数据给全厂管理信息系统(MIS)，方便了系统的维护和扩展。②系统改造后提供了更完善可靠的设备监视功能，极大方便了调度人员与生产操作人员结合分布式控制系统系统的设备运行状态进行对比分析、综合判断。③完善了分布式控制系统系统对设备的远程控制功能，降低工人的劳动强度，规范职工的现场规范，建设成为一个数字化的选矿企业。

[1]尉志飞.分布式控制系统研究及其在印刷系统中的应用[D].山西大学,2013.

[2]杨实能.煤矿生产监控与管理信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,2012.

[3]齐一名.基于多Agent的磨矿过程智能控制系统研究[D].吉林大学,2014.

Distributed Control system(DCS) improvement of Meishan Iron Mine Factory

Wen-bin Tan,Li-ping Zhu,Guo-dao Tong,Peng Ding
(Nanjing DELTO Co., Ltd. Jiangsu Nanjing 210036)

This paper introduces Distributed Control System(DCS) design target and scheme of Meihan Iron Mine Factory,mainly about the Filed Bus controller link between industrial computer and PLCs.It also introduces the function and the features after improvement.

DCS;Controller;Link;Digitalization

F407.67

A

1671-3818（2016）04-0010-03