基于某工程尿素装置自控系统（DCS）方案探讨

周有利

摘要：本系统中的下位控制器采用日本山武株式会社（YAMATAKE）生产的功能强大、高可靠的AHC2001模块化控制器和DMC10多通道控制模块作实现数据采集和PID控制及其他开关联锁控制功能。系统柜与现场测量点及控制点之间均设有隔离式安全栅，使系统控制柜与现场信号完全隔离，最终保证现场设备安全运行，达到化工行业的防爆要求。提高尿素生产的效率和质量。

关键词：尿素；组态；系统；控制

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0274-03

1 系统概述

1.1 方案说明

根据甲方的要求，我们拟定的增加的两道工序的控制方案如下：

下位控制器采用日本山武株式会社（YAMATAKE）生产的功能强大、高可靠的AHC2001模块化控制器和DMC10多通道控制模块作实现数据采集和PID控制及其他开关联锁控制功能。

采用两台DELLPC机和YAMATAKE的监控软件CPA作为上位监控和设定操作平台，数据存储为分布式数据库SQLSERVER2000或EXCEL2010格式。

系统柜与现场测量点及控制点之间均设有隔离式安全栅，使系统控制柜与现场信号完全隔离，最终保证现场设备安全运行，达到化工行业的防爆要求。

反应釜温度采用控制冷却水的流量及投料的流量来达到控制温度的目的，其功能实现只依赖控制模块，和上位计算机没有任何关系，上位机只起监视和参数设定操作的作用，控制模块能兼顾投料量及冷却水等多种因素，一旦参数设定好后，不需要依赖计算机，就能达到既投料准确，又能确保恒温的最理想目的。即使计算机关机，控制模块也能单独正常运行。也就是说山武自控系统产品的功能强、可靠性高是建立在多功能高可靠的控制模块的基础上的。

系统控制室设计安装有：

一个操作台计算机操作显示台（双机热备附打印机柜）：

系统柜与现场测量点及控制点之间均设有隔离式安全栅，使系统控制柜与现场信号完全隔离，最终保证现场设备安全运行，达到化工行业的防爆要求。

1.2 系统统测点分布

经过分析，该系统需要测控的数据点如下表：

具体各点功能分布有待和贵方进一步确定。

1.3 系统配置

2 系统主要特点

高可靠性设计

本系统在环境温度50℃，负荷量80%的条件下，无故障工作时间为45000小时。

AHC2001智能模件具有自诊﹑自恢复 ﹑掉电保护﹑故障隔离技术。

CPA3.6组态软件具备多级管理密码，防止非授权用户操作与修改。

丰富的控制功能

测量精度可达0.2%FS。

控制模块集成了基于模糊控制的PID算法和基于神经元网络技术的自整定﹑抑制超调快速回复设定值功能，使被控参数具有很好的调节品质。

安装维护简便

系统采用开放式总线结构，内部互连规范化，可方便用户使用与维护。

模块支持热插拔，可在线修复。

控制模块功能强﹑配置方便﹑类型少﹑配件少﹑易维修。

全开放高灵活

系统分布式，硬件模块化，软件组织化。整个系统可分布实施，可根据控制对象的规模与控制点数进行积木式的拼装，进行最佳配置。

支持TCP/IP﹑MODEM﹑RS485/422/232C等多种网络通讯，硬件扩展方便。

上位监控软件支持ACTIVEX﹑OPC﹑ODBC，全开放性设计，用户可进行功能扩展和发挥。

界面友好功能强大

全中文操作界面，详细的在线指导，操作简便。

先进的圆形组织方，丰富的功能模块，支持多种编程语言。

灵活方便的报表组织方式，可形成多种多样的报表。

丰富的趋势曲线便于系统运行分析和故障分析。

3 系统主要硬件及软件优势介绍

3.1 智能模块化控制器AHC2001——卓越的性能、丰富多彩的应用

3.1.1 拟控制与逻辑控制的协调

CPU单元中备有PID控制功能块（FB）。

过程逻辑控制和PID控制統一处理、实现过程/装置控制所需要的各种处理。如装置顺控、多参数控制（特殊控制算法）、自动/手动切换、手动输出、异常处理、连锁条件等。

3.1.2 过程输入输出控制

多达32个回路、输入输出周期更新50MS，实现了高精度、快速反应。

模拟输入单元：输入精度±0.2%FS、全量程输入（可进行不同种类输入设定）通道间的隔离。分辨率1/10.000模拟输出单元：输出精度±0.1%FS、周期更新50MS、分辨率1/5.000

3.1.3 多彩的控制种类、高性能的控制算法

微分先行型PID、串级控制、对于间歇干扰，采用了“JUST—FITTER”控制算法，使其在短时间内抑制超调，快速恢复稳定。另外，还具有批量处理装置不可缺少的程序段设定功能及输入处理中所使用的补偿运算、开放运算、拆线近似等。

3.1.4 逻辑控制功能可与小型PLC匹敌

除模拟控制功能外，还有可与小型PLC匹敌的逻辑控制功能。可处理多达256点的数字量输入/输出，可组成象PLC那样的在模拟量控制中不可缺少的连锁信号的顺控逻辑。小规模装置中，可以统一控制机械控制逻辑和模拟量控制。

3.1.5 程序设定功能

具有批处理中不可缺少的程序设定功能。

本公司程序调节器提供了保证均热时间，各段事件输出等程序设定功能。可存储99个特性曲线，同步运行温度、压力等2回路。

3.2 网络与功能——灵活对应多样化的装置控制需求

1）PU单元中内置USB端口、RS—232端口

提供了与PC装置器连接的USB端口，既插既用，操作简单。并且，还提供了 与书面显示器或者个人计算机连接的RS—232端口，对应各种的应用要求。

2）实的通信功能

不仅具有逻辑控制和热处理控制。而且还有与SCADA连接时不可缺少的以太网接口单元，实现与计算机、PLC的连接。可以与PLC以及电子仪表的RS—232C/RS—485串行通信单元。

3.3 山武CPA组态软件优势介绍——CPA3.6软件功能

CPA3.6软件提供了丰富而完善的功能，可以满足绝大多数用户的实际需求。

图形制作：利用CPA3.6系统的画面开发环境，用户可按自身意愿绘制工程中所需要的各种图形。图形开发系统提供了丰富而健全的绘图工具，调色板支持无限色，图形可进行无限色地过度效果处理。内建了39种图形库，数百个工业元件图形，方便用户快速开发。CPA3.6提供了标准的趋势控制曲线、温度控制曲线、万能报表降低了用户二次开发设计的难度。此外CPA3.6允许在图形制作中插入Adobe图形、多媒体、Excel表格、Word文档、BMP图形等OLE对象。同时支持ActiveX控件、DDE通信标准、ODBC标准和OPC标准。

趋势显示：趋势是现场分析工况重要的依据凭证。利用CPA3.6系统提供的标准趋势图形，用户可方便完成趋势的制作。本系统的趋势可提供8条趋势曲线显示，趋势可同时实现实时趋势和历史趋势显示，而且用户可以在标准趋势的基础上自由扩展。

报警显示：报警和事件是监控软件必不可少的功能。报警图形可以按照用户的定义实时显示报警，以提醒操作员及时采取措施干预现场控制，用户可以自由指定报警条件和报警级别。CPA3.6提供了标准的报警画面，用户可以在此基础上追加各种功能。

I/O驱动程序：I/O驱动程序负责CPA3.6与I/0设备的通信。它将I/O设备存储器中的数据读出后，传送到CPA3.6的实时数据库中，然后在运行系统的画面上动态显示。CPA3.6内置了众多厂家设备的通信协议，可与众多厂家的数百种设备进行通讯，其中包括：PLC（可编程控制器）、板卡、变频器、智能模快、智能仪表等。通过系统内部的导航器，用户可方便地追加各个厂家的设备，对不同的设备进行通讯，可以选择以太网通信（TCP/IP通信协议）、标准串行通信（RS232C/RS422/RS485进行1 对1或1 对N通信方式）、报警方式（通过MODEM和电话线）通信等。

报表显示：报表是生产过程中考核评定产品的依据，CPA3.6提供了多种报表模板，用户可以方便地改变报表格式进行报表组态。CPA3.6为用户提供了丰富的针对报表制作的函数，通过这些函数可以進行运算、数据处理、报表定时存储、定时打印功能等。对于多次将要使用的报表，用户可以将其制作为报表模板，方便日后重复使用。

Web页发布：CPA3.6通过Web页服务程序将现场工况实时发布到网络上，可为处在世界各地的远程用户实现通过标准浏览器实时监控现场生产过程。其设置过程非常简便，只需要对Web页服务器进行简单配置即可。

参考文献：

[1] 吴莹.基于Selenium的Web自动化测试框架[J].科技传播，2011（18）.

[2] 曹金泉.广播电视发射台站自动化监控系统建设[J].电子世界，2012（19）

[3] 姜文革.分散型控制系统（DCS）技术发展趋势分析[J].自动化与仪器仪表，2006（4）：4-7.

[4] 张建新.DCS控制系统的现状及发展趋势[J].中国氯碱，2005（10）：42-44.

【通联编辑：光文玲】