ABB AC800F 型集散控制系統在煤化系統中的應用

1 引言

　　青海某責任有限公司投資新建一個(gè)100 萬(wàn)噸/年焦化項目。由于地處高原，為了提高產(chǎn)率，保證系統持續的安全、穩定運行，在該公司選中了廣泛使用的ABB AC800F 系統。ABB AC800F dcs 系統是基于工業(yè)IT（Industrial IT）的控制平臺，它的工業(yè)自動(dòng)化水平較高，采用開(kāi)放的一體化控制器、最新技術(shù)和標準，具有信息總和，高工程效率，高級可升級的解決方案，開(kāi)放的通訊，既插既用等特點(diǎn)。又同時(shí)具有開(kāi)放的一體化控制器、全局化的數據管理系統，是世界領(lǐng)先的集dcs 和PLC 優(yōu)點(diǎn)于一體自動(dòng)化控制系統。

　　2 項目簡(jiǎn)介

　　該公司是一個(gè)集采礦、選礦、冶金、煤化工產(chǎn)業(yè)為一體的綜合性大型民營(yíng)獨資企業(yè)集團。為了適應惡劣環(huán)境，考慮到現代企業(yè)的信息化和自動(dòng)化，及可持續發(fā)展的需要，在新建的100 萬(wàn)噸/年焦化項目中應用了最新技術(shù)，選擇了ABB AC800F 控制系統，該系統具有Industrial IT 控制平臺，并基于現場(chǎng)總線(xiàn)，提高公司的信息化和自動(dòng)化水平。I/O 模件選用了S800 系列作為分布式過(guò)程站，使工作更加輕松。

　　3 AC800F 控制器的特點(diǎn)

　　AC800F 控制器是ABB 公司推出的一套世界領(lǐng)先的自動(dòng)化控制系統，集dcs 和PLC 優(yōu)點(diǎn)于一體，并支持多種國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準。它既具備dcs 的復雜模擬回路調節能力、友好人機界面（HMI）及方便的工程軟件，又具有與高檔PLC 指標相當的高速邏輯和順序控制性能。系統既可連接常規I/O，又可連接Profibus、FF、CANModbus 等各種現場(chǎng)總線(xiàn)設備。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，無(wú)論是小型生產(chǎn)裝置的控制還是超大規模的全廠(chǎng)一體化控制，甚至對于跨廠(chǎng)的管理控制應用，都能應付自如。該系統升級到V7.1 版本或以上版本后，系統容量可以達到無(wú)窮多點(diǎn)（超過(guò)100 萬(wàn)個(gè)I/O），今后如果系統需要擴展，可直接在這個(gè)基礎上增加I/O 或現場(chǎng)總線(xiàn)儀表，利于今后的發(fā)展。AC800F系統將ABB 控制系統從傳統的過(guò)程自動(dòng)化控制概念提升到基于面向全廠(chǎng)信息化的工廠(chǎng)生產(chǎn)管理系統，其目的是實(shí)現在最恰當的時(shí)間及最合適的角度向用戶(hù)各級人員提供他們需要的最準確及詳細的信息，使他們能夠高效率的運行工廠(chǎng)生產(chǎn)。該系統可分為操作管理級和過(guò)程控制級。操作管理級包括操作站OS、工程師站ES、網(wǎng)關(guān)GS。

　　在操作管理級上不僅可以實(shí)現傳統的控制系統監控操作功能（預定義及自由格式動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示、趨勢顯示、彈出式報警及操作指導信息、報表打印、硬件診斷等），而且能完成配方管理及數據交換等管理功能。過(guò)程控制級可以由一個(gè)或幾個(gè)過(guò)程站組成，每個(gè)站都包括AC800F 和擴展I/O S800 單元。

　　過(guò)程站CPU 和I/O 單元均可以配置為冗余或不冗余系統，系統具有各種I/O 模塊可以與現場(chǎng)各類(lèi)過(guò)程信號相連接。

　　比較于其他集散控制系統，結合AC800F 控制系統的發(fā)展歷史，我們總結了系統的新技術(shù)如下：

　?。?）開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

　　雖然該項目暫時(shí)沒(méi)有用現場(chǎng)總線(xiàn)型現場(chǎng)儀表，為了利于用戶(hù)今后的發(fā)展，我們預留了總線(xiàn)硬件接口。在軟件方面ABB AC800F 控制器的Profibus 模板支持DPV1。標準模件與純DP 標準模件相比增加了對儀表的組態(tài)能力，這樣無(wú)須安裝各種儀表的專(zhuān)用組態(tài)軟件，僅導入每個(gè)儀表的設備參數文件（GSD 文件）,就可以實(shí)現在統一的系統編程軟件下對所有PA 標準的儀表的參數編程組態(tài)的功能，該功能有效節省軟件成本，提高工程組態(tài)的效率。

　?。?）開(kāi)放的控制功能

　　該系統控制器采用RISC 處理器芯片，程序采用任務(wù)運行方式，每個(gè)任務(wù)都可以設定運行的周期和運行優(yōu)先級。所以既可以滿(mǎn)足復雜調節回路控制要求（一般要求控制周期較長(cháng)），又可以滿(mǎn)足快速電氣開(kāi)關(guān)量控制，從而一個(gè)控制器就可以覆蓋工廠(chǎng)所有環(huán)節控制要求。編程時(shí)預留了大量的用戶(hù)自定義的控制功能塊，根據今后生產(chǎn)的需要，用戶(hù)可以自己添減功能，而IEC61131-3 編程標準的應用，使用戶(hù)只要有一些基礎知識，就能很快熟悉該系統編程。

　?。?）系統全局數據庫技術(shù)

　　系統全局數據庫核心技術(shù)即“分散存儲，全局管理”。系統編程軟件僅為項目生成一個(gè)項目文件，雖然每個(gè)控制器均開(kāi)辟一定空間作為數據變量存儲區，但在系統編程軟件上僅為一個(gè)全局系統變量表操作員站與過(guò)程站之間的數據交換無(wú)須數據庫轉換編程為直接存取，變量的修改與檢查也是系統全局，系統的過(guò)程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。整個(gè)工程自控部分的安裝調試開(kāi)車(chē)只用了兩三周的時(shí)間，這是一個(gè)很重要的因素。

　?。?）開(kāi)放的TCP/IP 協(xié)議

　　以太網(wǎng)技術(shù)在操作員站、工程師站和過(guò)程TCP/IP 協(xié)議以太網(wǎng)模件，這樣使系統無(wú)須增加設備就可以與工廠(chǎng)局域網(wǎng)連接，由于系統支持標準DDE 和OPC 數據交換標準，使系統與各種第三方數據庫或軟件的數據交換將更加容易。

　?。?）系統易于擴展

　　系統軟件無(wú)資源限制，用戶(hù)今后如果需技術(shù)改造,新增加控制點(diǎn)、過(guò)程站，工程師站軟件無(wú)須重新購買(mǎi)，編程時(shí)僅在原項目文件項目樹(shù)下添加幾個(gè)資源即可，方便了用戶(hù)今后的系統擴展和長(cháng)遠發(fā)展。

　?。?）中文界面

　　系統菜單，操作面板，系統字符表及系統提示信息均為中文。

　　4 S800 I/O 站的特點(diǎn)

　　Industrial IT 的I/O 模件均為自帶CPU 的智能化模件，主要功能是進(jìn)行信號調理及A/D、D/A轉換、并完成包括線(xiàn)性化、工程單位轉換在內的各種數據預處理。

　　S800 I/O 作為分布式過(guò)程I/O 站，為模塊設計，經(jīng)濟，靈活，易于安裝，接線(xiàn)，可直接與傳動(dòng)系統連接。其模件及接線(xiàn)端子可任意組合以適用于不同空間及應用要求。

　　S800 I/O 可通過(guò)Profibus DP 或ABB AF100 現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現與高一級控制系統的通信。同時(shí)可與ABB 傳動(dòng)設備連接，模件狀態(tài)有狀態(tài)顯示等現實(shí)，也可通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)遠程診測。數據通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)按照一定周期掃描I/O 模件，根據模件類(lèi)型掃描周期定為4-108ms。S800 I/O 具備全冗余功能，包括總線(xiàn)接口模件冗余，總線(xiàn)介質(zhì)冗余I/O 模件冗余?？蓪?shí)現無(wú)擾動(dòng)切換，所有輸出可強制或預設定。I/O 模件通過(guò)機械鎖定鍵與接線(xiàn)端子鎖定，所有模件均可帶電插拔。提供本質(zhì)安全模件及HART通訊，把HART 協(xié)議轉換為Profibus-DP V1,同時(shí)可以使用DTM 進(jìn)行組態(tài)。各模件及通道狀態(tài)顯示等易于錯誤診斷，所有模件注塑成型，防護等級為IP20。S800 I/O 站為導軌式安裝，即可水平安裝，也可垂直安裝。緊湊型和擴展性端子可混合安裝在一起。選用擴展電纜可使安裝更為靈活以適用不同安裝空間的要求。

　　5 系統組成方案

　　系統配備了四個(gè)過(guò)程站和八臺操作員站：工程師站使用工控PC機（也可使用便攜機）作為調試設備，按照煤化工藝和現場(chǎng)的布置圖，我們共建立了4個(gè)過(guò)程站；系統操作員站運行在工業(yè)PC機上，基于MS Windows NT平臺的全中文Digivis軟件包開(kāi)發(fā)的操作界面，其圖形操作接口增強了系統的使用與操作功能。 此外，還可以提高PC機的外部設備指標如:顯示器、打印機、鼠標及鍵盤(pán)等，使系統操作更方便。根據廠(chǎng)方要求對應四個(gè)過(guò)程站分別建立一個(gè)或兩個(gè)操作員站，每個(gè)操作員站只可以監視和操作相應過(guò)程站的信息。具體結構如圖1所示。