譚文彬，朱麗平，童國道，丁 鵬

（南京鼎爾特科技有限公司，江蘇 南京 210036）

梅山選廠山西片分布式控制系統(tǒng)（DCS）數(shù)字化改造研究

譚文彬，朱麗平，童國道，丁 鵬

（南京鼎爾特科技有限公司，江蘇 南京 210036）

文章介紹了梅山選廠山西片分布式控制系統(tǒng)（DCS）數(shù)字化改造的設(shè)計目標和方案，分析了Contrller Link現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，即PLC與工控機間的連接技術(shù)，并簡述了系統(tǒng)改造后的功能和特點。

分布式控制系統(tǒng)；Controller；Link；數(shù)字化

1 項目背景

梅山選廠山西片分布式控制系統(tǒng)在2000年已經(jīng)完成，目前已經(jīng)實現(xiàn)主要設(shè)備的自動啟動和停車,遠程、機旁控制，皮帶的順序啟動和停止的連鎖控制。并且實現(xiàn)了主要設(shè)備的運行狀態(tài)均可在MIS網(wǎng)上實時監(jiān)視，在網(wǎng)上實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢。

隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進完善，節(jié)能新技術(shù)的不斷應用普及，近年來對山西片設(shè)備進行了一定的改造。如重選車間新增0～0.5系統(tǒng)和45m大井，直線篩和大跳泵的改造，細碎車間更新三臺進口破碎機等，這些設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要采集補充到生產(chǎn)過程分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)中。細碎1#破碎機機旁柜控制器由CPM1A升級為CS1并對現(xiàn)場設(shè)備信號實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

除了新增和改造設(shè)備外，原部分生產(chǎn)設(shè)備的開停車信息及部分設(shè)備的運行電流等參數(shù)也需要進行采集。此外，根據(jù)生產(chǎn)要求，對部分設(shè)備的控制線路實行遠程控制改造，增加這些設(shè)備的遠程緊急停車控制功能，以便在出現(xiàn)緊急情況時，可以遠程緊急停止這些設(shè)備的運行。同時，對這些設(shè)備中原來已經(jīng)進行過變頻改造的泵類設(shè)備，根據(jù)需要增加遠程調(diào)節(jié)功能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)遠程調(diào)節(jié)變頻器的電流及頻率。

此次，實施生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)信息監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的，是為了給選廠分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)提供更完善可靠的設(shè)備監(jiān)視功能，方便調(diào)度人員與生產(chǎn)操作人員結(jié)合分布式控制系統(tǒng)的設(shè)備運行狀態(tài)，進行對比分析、綜合判斷。完善分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)，對設(shè)備的遠程控制功能，降低工人的勞動強度，規(guī)范職工的現(xiàn)場規(guī)范，建設(shè)成為一個數(shù)字化的選礦企業(yè)。

2 設(shè)計目標

本次分布式控制系統(tǒng)信息采集系統(tǒng)完善，要在現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，充分利用當前網(wǎng)絡(luò)、站點和服務(wù)器的硬件和軟件（PLC程序、工程師站和操作員站程序、服務(wù)器程序、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)程序等），對新增設(shè)備、改造后的設(shè)備信號進行采集，對老設(shè)備信號進行補充采集。同時，對相應的PLC程序編寫和優(yōu)化，對部分重要設(shè)備控制部分進行升級改造，完善系統(tǒng)功能，增加設(shè)備的遠程緊急停車控制功能等，完善并補充信息查詢系統(tǒng)，包括設(shè)備的啟停記錄，運行時間記錄和報警提示信息等。

改進和完善選廠生產(chǎn)分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)，在滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要的情況下，達到穩(wěn)定的設(shè)備控制和較高分布式控制系統(tǒng)水平的新選礦系統(tǒng)。

3 Controller Link現(xiàn)場總線

Controller Link(CLK)網(wǎng)是OMRON推出的一種FA網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點為C200HG、CQM1H、CV、CS1、CJ1等系列的PLC和計算機。CLK網(wǎng)主要是為了方便在網(wǎng)絡(luò)中的各個PLC節(jié)點之間進行大容量的數(shù)據(jù)交換，協(xié)調(diào)控制網(wǎng)絡(luò)中的個PLC節(jié)點。

CLK網(wǎng)有兩種通信方式：數(shù)據(jù)鏈接和信息通信。①數(shù)據(jù)鏈接：一種自動實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)共享的方式，在節(jié)點之間建立了數(shù)據(jù)鏈接并啟動應用，節(jié)點間的通信便可自動進行。數(shù)據(jù)鏈接能夠在CLK網(wǎng)絡(luò)上的PLC間或PC間共享公共數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會從本地接點的發(fā)送區(qū)域自動傳送到遠程節(jié)點的接收區(qū)域中。②信息通信：一種通過程序執(zhí)行指令來實現(xiàn)通信的方式，PLC節(jié)點可以在程序中用通信指令向其他節(jié)點發(fā)起通信，計算機節(jié)點可以使用高級語言編程向其他節(jié)點發(fā)起通信。信息通信可由用戶根據(jù)需要設(shè)置，靈活度較大；數(shù)據(jù)鏈接可交換大容量的數(shù)據(jù)，不需要編程。數(shù)據(jù)鏈接和信息通信這兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)中可以同時使用。通過設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸量的大小，最大傳輸距離可達0.5km(2Mb/s)～1km(500kb/s)。

4 整體架構(gòu)

為滿足用戶需求，本次分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)采用了目前世界上最為先進的現(xiàn)場總線（Field Bus）控制方式，選用先進的檢測和控制設(shè)備，以保證分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)的準確性和可靠性，系統(tǒng)采用了Controller Link現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線(Fieldbus)是指將現(xiàn)場設(shè)備與可編程控制器、操作計算機等互連而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)逐步向離散化控制發(fā)展的產(chǎn)物。

采用Controller Link現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)中的儀表及設(shè)備，向著智能化、數(shù)字化、模塊化、高精度化和小型化的方向發(fā)展。智能儀表和設(shè)備之間，不再用模擬信號通過電線、電纜進行互連，而采用現(xiàn)場總線技術(shù)進行數(shù)字通信，信號傳遞更加可靠、經(jīng)濟，設(shè)備之間的連接更加方便靈活，極大地節(jié)約了電纜成本和人力成本。

現(xiàn)場總線通過不斷地發(fā)展和完善，最終實現(xiàn)了控制技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的集成統(tǒng)一，具有以下技術(shù)特點：①現(xiàn)場設(shè)備已成為全數(shù)字化設(shè)備，通過傳輸介質(zhì)（雙絞線、同軸電纜或光纖等）以總線拓撲相連，組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)；②現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實時性好，抗干擾能力強，傳輸速率高（根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)，最高可達100Mbit/ s級）；③不同的功能由不同的模塊實現(xiàn)，便于系統(tǒng)維護、管理與擴展，分散風險；④開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既便于同層控制級網(wǎng)絡(luò)相連，也便于與監(jiān)控級網(wǎng)絡(luò)或管理級網(wǎng)絡(luò)相連；⑤通訊標準的公開性、一致性，使系統(tǒng)具備開放性，從而設(shè)備間具有互可操作性。⑥本次采用的Controller Link現(xiàn)場總線，已成為日本國家標準和行業(yè)標準。Controller Link總線能使PLC、計算機等節(jié)點間方便、靈活地發(fā)送和接收大容量數(shù)據(jù),且具有較高的實時性、可靠性。由于系統(tǒng)控制設(shè)備分布廣，考慮到系統(tǒng)兼容性，本系統(tǒng)選擇歐姆龍CS1系列PLC作為控制器。

5 系統(tǒng)拓撲圖

山西片分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)采用現(xiàn)場控制層采用Controller Link總線，通過光纖連接各站點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 梅山鐵礦山西片分布式控制結(jié)構(gòu)圖

6 系統(tǒng)功能

分布式控制系統(tǒng)（DCS）從功能的角度，可以劃分為三個級別，即：現(xiàn)場控制級、過程監(jiān)控層和生產(chǎn)管理級。①現(xiàn)場控制級主要是對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控?，F(xiàn)場應用層采用了可編程序控制器（PLC），與現(xiàn)場設(shè)備通過電氣接線或通訊的方式，采集設(shè)備的運行狀態(tài)或運行參數(shù)，通過一定的邏輯判斷運算對設(shè)備進行控制，系統(tǒng)的可靠性很高。②過程監(jiān)控層一般為CS架構(gòu)（即服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)），系統(tǒng)由兩臺冗余服務(wù)器和多臺操作計算機組成。操作計算機可以分為工程師站和操作員站，設(shè)定不同的權(quán)限，工程師站主要負責畫面的組態(tài)編輯修改，操作員站主要負責畫面的監(jiān)視和操作，服務(wù)器主要負責與可編程序控制器（PLC）通訊，采集實時數(shù)據(jù)并記錄到數(shù)據(jù)庫中，發(fā)布實時數(shù)據(jù)與畫面到企業(yè)局域網(wǎng)中，供操作計算機或生產(chǎn)管理層調(diào)用。③生產(chǎn)管理級主要廠領(lǐng)導調(diào)度、指揮生產(chǎn)以及生產(chǎn)決策。服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)布到梅山局域網(wǎng)后，通過設(shè)定不同的訪問權(quán)限，不同的用戶通過網(wǎng)頁瀏覽，可以在梅山局域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)查看到現(xiàn)場設(shè)備的運行情況和生產(chǎn)情況，及時了解現(xiàn)場設(shè)備狀況，做出相應的判斷和決策，提高生產(chǎn)效率。系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖2。

7 系統(tǒng)特點

本控制系統(tǒng)方案具有如下特點：①本系統(tǒng)充分結(jié)合生產(chǎn)工藝和現(xiàn)有的分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)狀況，按照先進、成熟、可靠、安全、靈活、適用、開放、經(jīng)濟、有效的總體原則進行設(shè)計，并與現(xiàn)有分布式控制系統(tǒng)完全兼容。②建立三層計算機網(wǎng)絡(luò)，控制級、集控級和管理級構(gòu)成基于現(xiàn)場總線（Controller Link）的PLC-SCADA系統(tǒng)。工作站計算機互為備份，當一臺操作站出現(xiàn)故障時，另一臺操作站及時投入工作，確保數(shù)據(jù)完整、準確。③“生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信息監(jiān)控系統(tǒng)”每一部分施工、投運和調(diào)試可以保證既相互獨立又相互聯(lián)系。④整個分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、工藝控制思路及方法先進、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。選購設(shè)備為經(jīng)過實踐檢驗的成熟儀表，保障設(shè)備安全運行、減少故障，提高設(shè)備作業(yè)能力。⑤分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)有歷史數(shù)據(jù)查詢、報表等諸多信息處理功能。重要數(shù)據(jù)可保存一年以上，便于強化管理、工藝比較分析和查詢統(tǒng)計。⑥經(jīng)過授權(quán)，通過Internet網(wǎng)還可以實現(xiàn)遠程登錄訪問，隨時隨地了解選礦車間相關(guān)生產(chǎn)、設(shè)備和產(chǎn)量等信息。在車間調(diào)度室、辦公室均可以實時瀏覽現(xiàn)場設(shè)備的工作狀況，便于調(diào)度和指揮生產(chǎn)。⑦分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)在提高經(jīng)濟效益的同時，還可以減輕工人的操作強度，并可以減員增效。⑧系統(tǒng)擴展性好，充分考慮到將來的分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)延伸。系統(tǒng)為未來其它分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)的接入留有接口，管理級經(jīng)擴展還可與礦業(yè)公司、寶鋼集團總部聯(lián)網(wǎng)等。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

8 結(jié)束語

梅山選廠山西片分布式控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)改造后，取得了明顯的效果，主要表現(xiàn)如下：①本次系統(tǒng)改造為未來企業(yè)綜合分布式控制系統(tǒng)和信息管理提供了堅實基礎(chǔ)。本系統(tǒng)可以保存重要設(shè)備的主要參數(shù)運行狀況，并顯示實時曲線，提供歷史記錄查詢等，對信息的管理功能加強，提供了底層數(shù)據(jù)給全廠管理信息系統(tǒng)(MIS)，方便了系統(tǒng)的維護和擴展。②系統(tǒng)改造后提供了更完善可靠的設(shè)備監(jiān)視功能，極大方便了調(diào)度人員與生產(chǎn)操作人員結(jié)合分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)備運行狀態(tài)進行對比分析、綜合判斷。③完善了分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)對設(shè)備的遠程控制功能，降低工人的勞動強度，規(guī)范職工的現(xiàn)場規(guī)范，建設(shè)成為一個數(shù)字化的選礦企業(yè)。

[1]尉志飛.分布式控制系統(tǒng)研究及其在印刷系統(tǒng)中的應用[D].山西大學,2013.

[2]楊實能.煤礦生產(chǎn)監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2012.

[3]齊一名.基于多Agent的磨礦過程智能控制系統(tǒng)研究[D].吉林大學,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