魏革

(沈陽化工股份有限公司，遼寧 沈陽 110143)

轉(zhuǎn)化器是乙炔、氯化氫合成VCM的關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)混合器混合的兩種氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在觸媒(氯化汞)的催化作用下轉(zhuǎn)化為粗VCM。該過程屬強(qiáng)放熱反應(yīng)，最高溫度可達(dá)190 ℃，故轉(zhuǎn)化器床層溫度是轉(zhuǎn)化反應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)。沈陽化工股份有限公司VCM裝置現(xiàn)場(chǎng)共有44臺(tái)轉(zhuǎn)化器，每臺(tái)轉(zhuǎn)化器設(shè)有12個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，采用Pt100型三線制多支熱電阻測(cè)量，共528個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。VCM轉(zhuǎn)化器位于工廠防爆區(qū)域，而DCS機(jī)房位于較遠(yuǎn)的非防爆區(qū)域，若此528點(diǎn)溫度信號(hào)直接接入DCS系統(tǒng)，需要用到大量儀表電纜，在DCS端還需要配置許多IO模件、端子板及配套機(jī)柜等，不但會(huì)極大地增加工程的采購和施工成本，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重增加DCS系統(tǒng)的負(fù)荷。

當(dāng)下，SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))在諸多領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用，特別是伴隨著現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，SCADA系統(tǒng)與DCS等自控系統(tǒng)的集成成為一個(gè)新的發(fā)展方向，其具有簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，因此，采用SCADA系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)化器溫度、節(jié)約工程成本的極佳解決方案。經(jīng)綜合比較，沈陽化工股份有限公司選擇了意大利GM公司的SCADA系統(tǒng)。

1 D2000M型SCADA系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)搭配不同現(xiàn)場(chǎng)采集模塊可接收全分度熱電偶和熱電阻信號(hào)、4～20 mA信號(hào)及開關(guān)量信號(hào)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)采集模塊所有通道之間相互隔離，任何通道發(fā)生故障或接地不會(huì)影響其他通道的信號(hào)采集。

(3)現(xiàn)場(chǎng)采集模塊的防爆等級(jí)為ExiaⅡCT4，可安裝在防爆區(qū)域。

(4)現(xiàn)場(chǎng)采集模塊的工作溫度為-40～60 ℃，可安裝在北方室外環(huán)境。

(5)采用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議Modbus-RTU與其他系統(tǒng)冗余通訊，通訊接口為RS-485，最大通訊距離可達(dá)5 km。

(6)所有模塊均采用回路供電，無須單獨(dú)配置直流電源。

2 D2000M型SCADA系統(tǒng)組成

D2000M型SCADA系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

(1)通訊電源模塊(網(wǎng)關(guān))：D2050M-010。

D2050M安裝在安全區(qū)域，用于與安裝在裝置現(xiàn)場(chǎng)的采集模塊進(jìn)行通訊并通過Modbus-RTU轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)至其他控制系統(tǒng)，最高通訊速率可達(dá)115 200 bit/s。該模塊同時(shí)通過冗余的通訊電纜為現(xiàn)場(chǎng)采集模塊供電，并能識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)采集模塊的短路、開路狀態(tài)。模塊的RS-232串行接口用于連接工程師站進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。

圖1 D2000M型SCADA系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture of SCADA D2000M

(2)模擬量信號(hào)采集模塊：D2010M-010。

D2010M可安裝在現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域的防護(hù)機(jī)箱內(nèi)，通過冗余形式與D2050M通訊，配有16個(gè)模擬量輸入通道，可接收熱電阻、熱電偶、4～20 mA信號(hào)，其中熱電阻信號(hào)的測(cè)量精度為±200 mΩ。每個(gè)D2050M網(wǎng)關(guān)模塊最多可連接4個(gè)D2010M模塊。

(3)模擬量信號(hào)擴(kuò)展模塊：D2011M-010。

D2011M是D2010M的擴(kuò)展模塊，通道數(shù)量、可接收的信號(hào)類型及測(cè)量精度與D2010M相同。該模塊不能直接與D2050M實(shí)現(xiàn)通訊，每個(gè)D2010M最多可擴(kuò)展3塊D2011M，但每增加1塊D2011M，系統(tǒng)掃描時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加約425 ms。

D2010M與D2011M之間、D2010M與D2011M之間的連接根據(jù)長度不同使用CABF005或CABF006型扁平電纜。

(4)組態(tài)軟件：SWC2090。

個(gè)人計(jì)算機(jī)通過RS-232轉(zhuǎn)USB專用電纜與D2050M網(wǎng)關(guān)模塊連接，通過該軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視、操作和文檔管理。

3 方案設(shè)計(jì)

如圖2所示，VCM裝置現(xiàn)場(chǎng)的44臺(tái)轉(zhuǎn)化器a1～a44布置在A、B區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的22臺(tái)轉(zhuǎn)化器分2排排列，每排11臺(tái)。每臺(tái)轉(zhuǎn)化器的12點(diǎn)溫度采用3線制連接形式接入1塊現(xiàn)場(chǎng)采集模塊D2010M或D2011M，預(yù)留4個(gè)通道作為備用，方便管理和維護(hù)。1塊D2010M及其最多3塊擴(kuò)展模塊D2011M安裝在1個(gè)防護(hù)機(jī)箱內(nèi)，并將防護(hù)機(jī)箱布置在距離最近的4臺(tái)轉(zhuǎn)化器處，可最大程度地節(jié)約溫度儀表至防護(hù)機(jī)箱的電纜材料?？紤]到整體性和維護(hù)方便，每區(qū)域末端的a21與a22、a43與a44轉(zhuǎn)化器溫度接入2個(gè)不同的防護(hù)機(jī)箱，每個(gè)機(jī)箱設(shè)置1塊D2010M和1塊2011M即可?，F(xiàn)場(chǎng)共設(shè)有12個(gè)防護(hù)機(jī)箱A1～A12，全部528點(diǎn)溫度信號(hào)接入其中，每4個(gè)就近防護(hù)機(jī)箱內(nèi)的D2010M模塊“串聯(lián)”，再接至安裝在DCS機(jī)柜內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)模塊D2050M，所有連接電纜均采用冗余的RS-485專用電纜，共需3塊網(wǎng)關(guān)。

圖2 VCM裝置現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化器布置示意圖Fig.2 Field layout of convertors in VCM plant

系統(tǒng)掃描周期按最大配置計(jì)算約1 600 ms，因溫度儀表測(cè)量本身也具有一定的滯后性，該掃描周期可滿足工藝監(jiān)測(cè)要求。

4 軟件組態(tài)

安裝SWC2090軟件之前須根據(jù)操作系統(tǒng)類型安裝驅(qū)動(dòng)程序。運(yùn)行該軟件，根據(jù)實(shí)際連接配置情況選擇硬件D2010M或D2011M，并根據(jù)溫度儀表類型及接線形式按圖3所示編輯相應(yīng)通道信息。圖3中，a=385表示溫度儀表電阻值每增加0.385 Ω，溫度顯示增加1 ℃，采用三線制補(bǔ)償連接形式可極大程度地減少電纜線阻對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果的影響。

圖3 D2010M/D2011M通道編輯信息Fig.3 Edit information of channel D2010M/D2011M

因網(wǎng)絡(luò)模塊D2050M通過Modbus-RTU形式與DCS實(shí)現(xiàn)通訊，通過SWC2090還需要配置D2050M參數(shù)，如圖4所示。

圖4 D2050M配置信息Fig.4 Information of D2050M configuration

因系統(tǒng)共配有3塊網(wǎng)關(guān)，可將其Modbus站地址定義為001～003，波特率根據(jù)傳輸距離選擇9 600 bit/s即可。圖4中的“8 N 1”表示數(shù)據(jù)位為8位，無奇偶校驗(yàn)，停止位為1。

完成上述內(nèi)容編輯和配置后，可將RS-232轉(zhuǎn)USB專用電纜連接網(wǎng)關(guān)模塊D2050M和個(gè)人計(jì)算機(jī)，在SWC2090中配置COM接口并測(cè)試通訊連接是否成功。之后可將編制好的程序?qū)懭刖W(wǎng)關(guān)模塊D2050M。通過SWC2090的監(jiān)視功能可查看接至該網(wǎng)關(guān)全部現(xiàn)場(chǎng)采集模塊的通道信息和溫度示值。

5 DCS硬件配置與組態(tài)

沈陽化工股份有限公司 VCM裝置的DCS為日本橫河公司CENTUM VP系統(tǒng)，其支持Modbus通訊的模件型號(hào)為ALR121。因DCS只要求可顯示轉(zhuǎn)化器溫度，根據(jù)該模塊手冊(cè)信息，采用2線制RS-485電纜連接D2050M與ALR121即可。對(duì)于DCS與子系統(tǒng)的總線通訊，通常將DCS作為主站(Master)，將子系統(tǒng)作為從站(Slave)。

1塊ALR121模塊配有2組端口，每組端口均可獨(dú)立配置，故僅需3塊ALR121即可在DCS顯示全部528點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)。2線制RS-485電纜接至ALR121的“RX+/RX-”接收端，模件屬性信息中Connection Device項(xiàng)選擇“MODBUS”，端口屬性按照?qǐng)D5所示設(shè)置即可，須與D2050M通訊設(shè)定保持一致。

圖5 ALR121端口設(shè)置Fig.5 Setting of port ALR121

DCS的I/O通訊組態(tài)中需要根據(jù)Modbus通訊信息對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定:①Buffer：1塊ALR121兩端口存儲(chǔ)總數(shù)據(jù)大小。②Program Name：根據(jù)ALR121安裝位置選擇。③Size：數(shù)據(jù)類型長度，以2 byte為單位分配。所以1塊ALR121的總數(shù)據(jù)長度為512 byte。④Port：端口號(hào)，根據(jù)接線端口寫入1或2。⑤Station：從站設(shè)備地址，即D2050M的站地址001～003。⑥D(zhuǎn)evice & Address：從站設(shè)備數(shù)據(jù)內(nèi)存地址。1個(gè)溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)1個(gè)數(shù)據(jù)地址，每個(gè)從站設(shè)備數(shù)據(jù)(包含備用)數(shù)量最大為256，地址為A40001～A40256。⑦Data type：數(shù)據(jù)類型，選擇無符號(hào)16位整型[Input(16-Bit Unsigned)]。

完成上述工作后，需要在Control Drawing中建立溫度儀表的PVI功能塊并連接相應(yīng)通道，在PVI功能塊細(xì)節(jié)編輯中輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換(Input Signal Conversion)，選擇通訊輸入(Communication Input)，將數(shù)據(jù)增益值(Data Conversion Gain)改為0.1。

完成DCS程序流程圖繪制和下裝后，DCS操作站便可顯示全部轉(zhuǎn)化器溫度示值。

6 結(jié)語

沈陽化工股份有限公司在測(cè)量VCM轉(zhuǎn)化器床層溫度中使用GM公司D2000M型SCADA系統(tǒng)后，極大降低了項(xiàng)目的施工成本，同時(shí)該系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、功率低且無須配置溫度安全柵的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)安全型的硬件設(shè)計(jì)和冗余的通訊配置使整個(gè)總線通訊過程具有更高的安全性和可靠性。該系統(tǒng)自2016年初投用至今運(yùn)行良好，可以達(dá)到DCS常規(guī)測(cè)量的效果。