DCS控制系统在80万吨/年硫酸生产上的应用

高 山

（安徽铜陵有色金属集团股份有限公司铜冠冶化分公司，安徽 铜陵 244000）

铜陵有色公司作为国家循环经济首批试点单位，以选铜尾矿硫铁资源为原料，以循环经济理念为指导，以先进技术提升传统产业，进行硫铁化工产业链设计和新建项目空间布局，投资建设了铜陵有色循环经济工业园，整个园区主要集聚了铜陵有色的化工、能源、物流等产业，重点项目包括年产80万吨硫酸、年产120万吨铁球团等已经建成。铜冠冶化分公司是循环经济工业园的主体单位，注重培育科研开发和自主创新能力。已与国内多所高校和科研单位合作，就园区内循环经济关键链接技术进行联合攻关，并建立了研发基地，积极探索资源综合利用新工艺和能量梯级利用新途径，推动循环经济向纵深发展。公司已有多项科技成果获得国家、省部级奖励，拥有数项技术专利。公司实施“规模适度、特色鲜明、环境友好、效益显著”的战略方针，已经成为国内发展循环经济的样板和典范。

1 系统概述

公司80万吨/年硫酸项目中所配置的DCS系统选用了美国HONEYWELL公司最新的知识管理系统（Experior～PKS～System）。该系统对各装置中现场设备的被测数据进行采集，并可根据用户需要进行数据处理及多种控制。

系统采用工业以太网网络，连接所有人机接口（HMI）、过程控制站以及安全管理控制器等节点，完成高速、容错通讯功能，采用遵循IEEE802.3工业标准协议的冗余实时控制网，通讯速率为10/100MB；下层为I/O网，连接着控制器与I/O模件。系统按用户要求采用220V，50Hz交流电源。

系统设置1个工程师站（全装置专用），采用冗余服务器的配置，用于修改控制策略，完成系统功能组态等。工程师站设置有组态软件保护密码，以防一般人员擅自修改控制策略、应用程序和系统数据库。全厂共设置5台操作员站（其中硫酸主控制室配置3台操作员站，余热发电控制室配置2台操作员站），对整个工艺流程进行监视、操作，也可组态定义虚拟工作区，实施分区操作。其基本功能包括显示系统总貌，分组显示、回路显示、报警显示、系统状态显示、用户定义的生产流程动态显示、相关参数显示等。

系统过程控制站采用具有很高性能价格比的混合控制器C200，CPU设计采用 Power PC 603e 100MHz处理器，每个控制器可带64块I/O模件，可同时完成500个以上回路控制和达到50ms快速逻辑处理（最快可达5ms）功能。本方案配置的过程控制站及远程I/O站组成过程控制级，分别完成对各装置的数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序逻辑控制（SCS）等。输入输出处理器（IOP）和现场接线端子板（FTA）可对现场信号进行扫描和处理。多种类型IOP包括高电平模拟量输入卡（HLAI）、模拟量输出卡（AO）、开关量输入卡（DI）、开关量输出卡（DO）等，分别对相应信号进行采集和处理。每个IOP都有CPU，可以独立工作，而与控制功能的处理完全分开。这样就保证了较高的采样速率，同时发挥控制器最大控制能力。可对每个通道智能自诊断，输入短路、开路、超量程等进行检查。

2 PKS系统硬件配置说明

2.1 系统配置图：

图1 系统配置图

2.2 DCS系统配置描述

控制器根据I/O点表要求，PKS系统分散处理系统在硫酸控制室、余热及焙烧控制室各配置一对冗余控制器，整个系统电源和通讯接口均为冗余配置。

控制站的I/O系统已配置了30%的备用点和10%的插槽空间。

2.3 系统监视平台

PKS系统用容错以太网架构组成单一的FTE系统网络，所有网络通讯模件，是1：1冗余的，并且可以接受双路外供电以保证其可靠性。

人机接口的配置按招标技术规范要求配置如下：

2.3.1 工程师站

系统的工程师站采用冗余配置2台服务器，以保证系统的高可靠性，服务器均采用DELL计算机，操作系统为Windows2003。

2.3.2 操作员站

系统共配置5个操作员站，分别为硫酸主控制室3台，余热发电控制室2台。

2.3.3 外围设备

系统配置2台UPS电源，分别在硫酸主控制室（5KVA）、余热发电及焙烧控制室（15KVA）。

2.4 机柜配置

PKS机 柜 规 格 为： 高×宽×深 =2200mm×800mm×800mm，前后开门。

2.5 通讯网络及设备

2.5.1 过程控制局域网

ExperionPKS系统的过程控制网络采用FTE控制网络来连接所有的控制站和I/O站。FTE支持过程管理/过程控制（控制器与HMI之间）、点到点和I/O网络的通信。通过冗余通讯或非冗余通信介质，数据传输速率最高可达到100/1000Mbits/s。传输介质是光纤和STP（屏蔽双绞线）铜质电缆。

2.5.2 网络负荷计算

对每个FTE接口模件的缺省的NUT（网络刷新时间）的设置如下：

NUT Time = 10000 microseconds

Smax = 1

UMax = 20

Number of Repeaters = 0

Cable Length = 1000 Meters

Cable Usage = A+B

2.5.3 PC机接口

ExperionPKS 系统配置了一个网络通讯接口ODA（开放数据存取），通过该接口，网络上的其他的计算机可以读取ExperionPKS 系统中的数据。

ODA开放式数据存取功能：当第三方应用从ExperionPKS 服务器中请求数据时，要使用ODA选项。例如：

－通过EXCEL读取数据

－从ACCESS数据库中执行SQL语言

－其它的PlantScape系统请求数据

－OPC客户机请求数据

－用户的程序从PlantScape数据库取得数据

ODA 三个主要的选项如下：

（1）ODBC驱动选项：可以在其它应用，如ACCESS中使用SQL语言获取服务器的数据。服务器数据库包括只读的ODBC表，包括点，事件历史和过程历史。其特性包括：

－开放的实时和历史数据读取

－数据流量控制，避免影响性能

－冗余数据源

－完全的性能

（2）OPC服务器：ExperionPKS OPC服务器允许第三方OPC客户应用读/写ExperionPKS 点参数。OPC服务器基于HONEYWELL的HCI服务器工具，和OPC V1.0。

（3）网络服务器：此选项提供基于网络访问ExperionPKS 服务器数据库的应用，

如：EXCEL 数据交换，网络节点接口和网络API选项

－MICROSOFT EXCEL数据交换允许从EXCEL获取ExperionPKS 的实时或历史数据。此选项可以读写一个或多个ExperionPKS 数据库。且提供报表工具等.

－网络节点接口允许ExperionPKS 服务器可以读写其它ExperionPKS 服务器的数据。

通过网络API可以从网络其它应用访问ExperionPKS服务器数据库。通过C++或VISUAL BASIC获取ExperionPKS 系统的数据。

2.5.4 PC机接口厂管理网

Experion PKS系统通过以太网络与工厂管理网络互联，通过SQL 语言来查询Experion PKS系统数据库中的数据。

2.5.5 电缆及连接配件

FTE控制网络电缆及以太网通讯电缆均随Experion PKS系统一起供货。Experion PKS系统各设备之间的连接电缆和所用接插件也随Experion PKS系统一起供货，并留有足够的长度。Experion PKS系统的内部电源系统电缆也随ExperionPKS系统一起供货。各控制柜之间跨盘线均采用预制电缆。

表1 DCS数据表

硫酸主控制室与余热发电控制室的操作站之间采用光纤方式通讯，速率100M。

2.5.6 交换机及集线器（HUB）配置

硫酸主控制室及余热发电控制室各配置2台交换机用于DCS系统数据采集，交换机采用CISCO品牌产品。

2.6 软件配置

全部软件采用正版软件。

2.6.1 操作系统及工具软件

ExperionPKS系统配备有全套的操作系统软件，采用Windows 2003 操作系统。在系统服务器上（工程师站）配备有数据库管理系统SQL Sever，电子表格Excel、网络管理软件等应用软件及工具软件。

2.6.2 工程组态软件

ExperionPKS系统配有工程组态软件包括：Control Builder（控制策略组态软件），Quick Builder（数据库管理软件），HMIWeb Display Builder（用户流程画面生成工具），Knowledge Builder（用户资料组态工具）等。对Control Builder 具备在线修改和下装组态的功能，当一个或部分程序修改和下装时，不影响其他已在控制器的程序的运行。组态软件除在工程师站上一套外，在其他五套操作员站上也可运行组态软件。

2.7 DCS数据表

3 结束语

公司硫酸车间自应用DCS控制系统以来，硫酸生产运行状况良好，达到了预期设计目标，同时也充分发挥了该系统操作管理便捷、控制功能丰富、信息资源共享、安全可靠性高等的优点。硫酸DCS控制系统的应用大大减少了工人的劳动强度，提高劳动生产率，精确调节硫酸产品的品质。实践证明该系统对硫酸的稳定生产发挥了巨大的作用。