屈 竹，楊 明，袁 飛

(1.四川瀘天化股份有限公司，四川 瀘州 646300；2.貴州茅臺(tái)酒股份有限公司，貴州 遵義 563000)

引言

目前某公司主廠區(qū)合成氨裝置與尿素裝置采用的集散控制系統(tǒng)均為日本橫河公司(YOKOGAWA)的CENTUM VP系列產(chǎn)品，以提高合成氨與尿素生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制水平。CENTUM VP是橫河電機(jī)綜合生產(chǎn)控制系統(tǒng)系列的第九代產(chǎn)品，具有直觀的人機(jī)界面，大容量現(xiàn)場(chǎng)控制站能夠更加快速無(wú)誤地處理數(shù)據(jù)，CPU的冗余容錯(cuò)配置能夠確?？捎眯愿哌_(dá)99.999%的連續(xù)操作。CENTUM VP是一個(gè)高度可靠的平臺(tái)，為系統(tǒng)操作員綜合提供智能儀表診斷和子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，其簡(jiǎn)單而通用的架構(gòu)，由人機(jī)界面、現(xiàn)場(chǎng)控制站和控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，可以抵御網(wǎng)絡(luò)威脅，還增強(qiáng)了對(duì)HART通信協(xié)議的支持[1]。不僅支持連續(xù)和批量處理過(guò)程控制，而且支持生產(chǎn)操作管理。

1 CENTUM VP系統(tǒng)架構(gòu)

CENTUM VP系統(tǒng)構(gòu)成可以分為三個(gè)部分：

HIS：操作站，操作員對(duì)過(guò)程參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、信息報(bào)警進(jìn)行監(jiān)視和操作。

FCS：控制站，完成I/O信號(hào)處理、模擬量調(diào)節(jié)、邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的控制。

EWS：工程師站，用于設(shè)計(jì)組態(tài)、仿真調(diào)試、下裝與實(shí)時(shí)操作監(jiān)視[2]。

CENTUM系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。具體內(nèi)容包括域、操作站、控制站、PRM、OPC等，連接網(wǎng)絡(luò)包括Vnet/IP、BUS1、BUS2。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制站通過(guò)BUS1和BUS2連接到Vnet/IP實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)Vnet網(wǎng)絡(luò)與其它外設(shè)進(jìn)行通訊。每一個(gè)系統(tǒng)最多可以建立16個(gè)域；每一個(gè)域最多可以建立64個(gè)站(其中最多可以建立16個(gè)操作站)，當(dāng)域達(dá)到64站的最大限度時(shí)，連接兩個(gè)域使用總線轉(zhuǎn)換器BCV；每一個(gè)系統(tǒng)最多可以建立256個(gè)站。

圖1 CENTUM VP系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 CENTUM VP硬件配置

2.1 硬件組態(tài)

一個(gè)域最多可以組建64個(gè)站(包括FCS工程師站和HIS操作員站總和)，一個(gè)控制站最多可以組建14個(gè)NODE，其中每一個(gè)NODE有且只有12個(gè)槽位，所插卡件需要與硬件組態(tài)一一對(duì)應(yīng)；第一個(gè)NODE槽位1-6可以組建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、轉(zhuǎn)速卡件等，第一個(gè)NODE槽位7～8為EC401節(jié)點(diǎn)連接卡件(冗余并且不需要撥碼)，9～10槽位為CP控制器(冗余并且需要撥碼)，11～12槽位為電源(冗余)。

第二個(gè)NODE至第十四個(gè)NODE，每一個(gè)NODE槽位1-8可以組建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、轉(zhuǎn)速卡件等，9～10槽位為SB401節(jié)點(diǎn)連接卡件(冗余并且需要進(jìn)行撥碼操作，遵循奇校驗(yàn)，以第二個(gè)NODE為例直接撥碼為2)，11～12槽位為電源模塊。注意事項(xiàng)：EC401和SB401卡件均不用進(jìn)行硬件組態(tài)，硬件自動(dòng)識(shí)別。如圖2所示為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，即第二個(gè)節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖2 擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)

2.2 電纜連接

卡件連接電纜為KS電纜，注意區(qū)分KS電纜上的銘牌含義：FCS0101表示1#域的1#控制站；N1表示NODE1，即第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；S6表示卡槽為6的卡件；TEC01表示系統(tǒng)柜；TPA02表示卡件端子板位號(hào)；TM2表示接線端子，對(duì)應(yīng)CN3、CN4電纜槽位，TM1表示接線端子，對(duì)應(yīng)CN1、CN2電纜槽位。

以某公司合成車(chē)間FIO系列AAI143-H50卡件(16通道)為例詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)在CENTUM VP系統(tǒng)中的走向：現(xiàn)場(chǎng)4～20 mA 電流信號(hào)通過(guò)電纜連接到TEC01機(jī)柜的TPA02端子TM1CN1的1A、1B端子；通過(guò)KS電纜連接FCS0101(1#域1#控制站)的N2(第二個(gè)節(jié)點(diǎn)NODE)S1(第一塊卡件)；再通過(guò)BUS1和BUS2連接到交換機(jī)(單模)，將處理后的信號(hào)通過(guò)交換機(jī)傳送到工程師站，進(jìn)行運(yùn)算控制。

2.3 通訊配置

橫河CENTUM VP控制網(wǎng)絡(luò)Vnet/IP是一種符合IEEE802.3或IEC 61 784-ED 2.0標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，可提供1Gbpb帶寬的冗余網(wǎng)絡(luò)[3]。注意IP設(shè)定規(guī)則：BUS1-172.16.域號(hào).站號(hào)；BUS2-192.168.(128+域號(hào)).(129+站號(hào))。當(dāng)CENTUM VP作為主站需要與其它從站外設(shè)進(jìn)行通訊時(shí)，需要使用通訊卡件ALR121(支持RS-422/RS-485串行通訊接口)，某公司尿素二裝置DCS系統(tǒng)與CO2壓縮機(jī)組綜合控制系統(tǒng)CCS正是采用ALR121卡件進(jìn)行通訊。

在通訊設(shè)置中各項(xiàng)定義說(shuō)明如下：

Buffer area ：針對(duì)本塊 ALR121 所存儲(chǔ)的總數(shù)據(jù)大小。

Program Name：MODBUS 通訊模塊的安裝位置。

Size：所選數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，以“ Words”即16位為單位進(jìn)行分配，范圍為1～126。

Port：端口號(hào)，MODBUS有兩個(gè)端口，設(shè)置1或2。端口配置如圖3所示。

圖3 通訊端口配置

圖4 通訊組態(tài)

IP Address：IP 地址(適用于 Ethernet)。

Station：從站設(shè)備的地址。范圍為：0～32 的數(shù)字(對(duì)從站設(shè)備進(jìn)行識(shí)別)。

Device&Address：從站設(shè)備數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存地址。

Data Type：數(shù)據(jù)類(lèi)型，需和從站數(shù)據(jù)類(lèi)型一致。

3 CENTUM VP軟件配置

CENTUM VP采用Control Drawing圖進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與組態(tài)，具體組態(tài)內(nèi)容包括控制站組態(tài)、操作站組態(tài)、流程圖組態(tài)等[4]。下文重點(diǎn)對(duì)某公司在合成氨工藝生產(chǎn)中應(yīng)用到的典型控制方案進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 單回路PID

單回路控制系統(tǒng)，輸入被控變量FI-D521A，輸出操縱變量FV-D521A，這是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中最基本、使用頻率最多的控制方案。圖5所示為一個(gè)常用的流量控制方案。

圖5 流量PID調(diào)節(jié)回路

3.2 串級(jí)回路

控制回路中輸入被控變量FI-D521B、FI-D521C，輸出操縱變量FV-D521C，圖6所示為串級(jí)控制方案。

圖6 PID串級(jí)回路

3.3 分程控制

控制回路中輸入被控變量PI-1515，輸出操縱變量PV-1515A、PV-1515B，圖7所示為分程控制方案。其中MLD-SW為手動(dòng)操作模塊。

圖7 SPLIT分程控制回路

3.4 CALCU運(yùn)算功能塊

CALCU功能塊靈活性很高，可以滿(mǎn)足化工生產(chǎn)中的常見(jiàn)邏輯運(yùn)算需求。使用文本語(yǔ)句組態(tài)，以圖8所示進(jìn)行說(shuō)明：PVI2設(shè)定HH高高報(bào)警為80，LL低低報(bào)警為20，通過(guò)ALIAS聲明D變量為{PVI2.ALRM.HH}即PVI2高高報(bào)警狀態(tài)位，聲明E變量為{PVI2.ALRM.LL}即PVI2低低報(bào)警狀態(tài)位。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)D為1，即PVI2的PV值大于80時(shí)，SW-002為0即電磁閥斷電；當(dāng)E為1，即PVI2的PV值小于20時(shí)，PVI2.PV輸出為PVI2.PV+1。

圖8 CALCU運(yùn)算功能塊

4 CENTUM VP系統(tǒng)維護(hù)與注意事項(xiàng)

4.1 使用SIO-21模塊需要注意：SIO-21.PV為0表示閥門(mén)關(guān)閉，SIO-21.PV為2表示閥門(mén)打開(kāi)，SIO-21.PV為1表示模塊未接收到任何位置反饋，SIO-21.PV為PERR則表示同時(shí)接收到了開(kāi)位置與關(guān)位置的反饋信號(hào)。

4.2 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)與操作員鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)需要在YOKOGAWA LICENSE中添加對(duì)應(yīng)的授權(quán)。

4.3 CENTUM VP系統(tǒng)所有涉及到撥碼的卡件都應(yīng)當(dāng)遵循奇校驗(yàn)。

4.4 數(shù)字量閥門(mén)必須在自動(dòng)模式下(MODE.AUT)，才能夠在順控程序中調(diào)用。

4.5 工程文件的備份，如圖9所示，首先選擇工程項(xiàng)目，右鍵Tools，Tuning parameters Saving，選擇需要備份的控制站，點(diǎn)擊Tuning parameters Save則可以將控制器中的參數(shù)上載到組態(tài)軟件中，確保在生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)整過(guò)的PID、報(bào)警值等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確保存；然后右鍵Tools，Set Backup，設(shè)置Backup destintion備份保存路徑。

圖9 工程備份

5 結(jié)束語(yǔ)

CENTUM VP控制系統(tǒng)靈活、穩(wěn)定并且易操作，自某公司合成裝置DCS系統(tǒng)升級(jí)改造后良好運(yùn)行至今，為某公司的自動(dòng)控制水平不斷提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。希望對(duì)大家有一定的啟發(fā)作用。