基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的工廠(chǎng)Web網(wǎng)絡(luò )集成

1 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，使得自動(dòng)化系統的結構發(fā)生了變革， 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正是這種變革的產(chǎn)物。由于市場(chǎng)的驅動(dòng)，世界各大控制系統廠(chǎng)家都相繼開(kāi)發(fā)了 各自的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品。為了規范其標準，IEC近期已通過(guò)了IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準，它 包括：IEC61158TS、ControlNet、Profibus、P-Net、FF-HSE、SwiftNet、WorldFIP、Inter bus、FF-H1等。

幾種標準類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)，實(shí)際上也構成了幾種現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統體系結構，也都有多家控 制系統公司產(chǎn)品支持。由于各廠(chǎng)家對現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)還會(huì )要保護自己過(guò)去的投資利益， 因此各廠(chǎng)家現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品也就各有其應用領(lǐng)域專(zhuān)長(cháng)，這也使得我們在應用現場(chǎng)總線(xiàn)設備或系 統時(shí)，要充分考慮對象的實(shí)際特點(diǎn)，來(lái)合理選擇系統，以最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢作用。

2 實(shí)際對象分析

本文討論的對象是一個(gè)冶煉與煙氣制酸過(guò)程，它包括鋅沸騰焙燒、鉛燒結，以及兩個(gè)冶煉過(guò) 程的煙氣混合后經(jīng)Monsanto動(dòng)力波洗滌再送Toposo WSA工藝制酸。其工藝流程較長(cháng)，設備布 置的地域分布較廣，雖然鋅的焙燒過(guò)程、鉛的燒結過(guò)程以及煙氣的洗滌與制酸過(guò)程都有一定 的 內部控制要求，但由于是將兩個(gè)冶煉過(guò)程的煙氣混合后制酸，流程中哪一個(gè)工序的變化都會(huì ) 對其他工序有密切影響，因此這是一個(gè)緊密聯(lián)鎖關(guān)系的長(cháng)流程，流程中許多工序如動(dòng)力波 洗滌和WSA制酸等，其內部設備的聯(lián)鎖保護與工藝參數密切相關(guān)，這要求電氣設備控制 與工藝儀表監控必須統一考慮，基于上述的情形，可歸納為以下需求：

①由于各工藝內部聯(lián)鎖控制與儀表參數控制的關(guān)系密切，因而要求工藝控制過(guò)程中電儀一體化;

②由于該流程是在老廠(chǎng)房?jì)冗M(jìn)行配置，許多設備或控制室的布置只能利用原廠(chǎng)區的空地或原建筑物結構，使得主控室、操作室、配電室與工藝設備距離較遠，且不規范，為布線(xiàn)工程的 考慮要求儀表控制和電氣控制現場(chǎng)總線(xiàn)化;

③由于整個(gè)工藝流程較長(cháng)，且各工序間具有緊密聯(lián)鎖要求，因此要求整個(gè)控制和管理網(wǎng)絡(luò )化。

對于上述需求下的控制系統配置，顯然用前節中所提及的任何一種現場(chǎng)總線(xiàn)結構都難以完全滿(mǎn)足要求，這就需要根據具體情況來(lái)作具體配置，我們對各現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準系統結構和對 象需求進(jìn)行分析和比較如下： ①過(guò)程級現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)儀表，基于FF(H1)總線(xiàn)的產(chǎn)品相對較多，可選擇的余地較大，我們選擇FF現場(chǎng) 總線(xiàn)儀表;就電氣設備而言，基于Profibus D/P總線(xiàn)、DeviceNet總線(xiàn)、以及Interbus總線(xiàn) 的產(chǎn)品相對較多，但智能型電氣設備多集中于Profibus D/P總線(xiàn)和DeviceNet總線(xiàn)，考慮到P rofibus D/P總線(xiàn)上不僅可掛分散I/O、智能電氣設備，而且能掛從站型的PLC，這樣給系統 的配置帶來(lái)了更大的靈活性，我們選擇Profibus D/P總線(xiàn)作為電氣控制總線(xiàn)。

控制功能的分配，將具有較復雜運算功能要求的模擬量監控或與工藝控制有關(guān)的狀態(tài)信號，由FF(H1)總線(xiàn)上的控制回路實(shí)現。對具有強聯(lián)鎖關(guān)系的電氣設備控制，出于速度和可靠 性考慮，選擇PLC作控制器進(jìn)行控制，對于一些用于設備聯(lián)鎖或保護的模擬量信號也由PLC進(jìn) 行控制。

盡可能地將回路控制功能分配到總線(xiàn)設備上，我們對總線(xiàn)輸出設備(即閥門(mén)定位器)分配PI D功能，這就使得控制真正分散，對于少量分散的不具有總輸入功能的設備，則選擇第三方 廠(chǎng)家的具有FF(H1)總線(xiàn)接口的分散I/O來(lái)進(jìn)行數據采集。

在Profbus D/P總線(xiàn)上，基于電氣設備盡量接近動(dòng)力電源的考慮，將PLC的分散I/O置于現場(chǎng) 配電間或主體設備處，而將PLC主站置于主控室以便于通訊調試等。對自成體系的小系統或 設備，則使用PLC從站而置于主體設備處附近。

②監控級

在這一級上可選的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品有：通用工業(yè)控制以太網(wǎng)、高速以太網(wǎng)HSE(尚無(wú)可選產(chǎn)品)、C ontrolNet網(wǎng)、以及Profibus-FMS網(wǎng)等。由于本對象地域分布較廣，因而我們選擇工業(yè)控制 以太網(wǎng)，對于Profibus D/P總線(xiàn)上的PLC主站控制器和FF(H1)總線(xiàn)上通訊控制器之間的通 訊，考慮因高速以太網(wǎng)尚無(wú)定型產(chǎn)品，出于對通用以太網(wǎng)處理高速通訊時(shí)在可靠性方面的考 慮，我們用Modbus(RTU)來(lái)實(shí)現兩者間的通訊，同時(shí)采用客戶(hù)機/服務(wù)器(Client/Server )模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )服務(wù)和管理，在考慮與信息層進(jìn)行數據交換時(shí)，在服務(wù)器內配置了帶OPC的 控制管理軟件。

3 系統集成

從本對象的工藝流程及工藝設備與操作控制室的布置情況來(lái)看，系統構成時(shí)需按幾段工序集 中站點(diǎn)考慮，即按Web站思路布局，系統總監控點(diǎn)在1700余點(diǎn)，系統FF設備近190臺?？刂葡? 統構筑如圖2所示。這里我嘗試且實(shí)現了多廠(chǎng)家控制設備與現場(chǎng)總線(xiàn)設備的集成。H1總線(xiàn)上 的總線(xiàn)設備主要采用了Emerson Procese Management 的3051壓力或差壓變送器，3244與848 T溫度變送器，DVC5010F與DVC5030F閥門(mén)定位器，Smar的FY302閥門(mén)定位器，YOKOGAWA的EJA1 10A差壓變送器，E+H的Pormag 53p電磁流量計等。電氣控制采用Si emens的S7-300主站PLC， 配置Profibus DP總線(xiàn)。在Profibus DP總線(xiàn)上集成有Siemens的S7-300從站PLC、S7-200從站 PLC、HMI、智能分散I/O、6SE71智能變頻器、以及ABB的ACS600智能變頻器等。上位監控與 管理采用Emerson Procese Management的DeltaV來(lái)實(shí)現，Delta V總線(xiàn)控制器與S7-300PLC通 過(guò)Modbus(RTU)通訊，各控制站間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)及12端口雙速(10M/100M)光纖通 訊口Hub完成。多種控制產(chǎn)品的集成是通過(guò)操作站軟件、現場(chǎng)總線(xiàn)裝置數據庫、以及相應的 應用軟件等來(lái)實(shí)現，并用增強型專(zhuān)業(yè)工作站軟件進(jìn)行系統網(wǎng)絡(luò )服務(wù)管理。這樣除各子站之間 實(shí)現相互的聯(lián)鎖控制之外還可提供操作信息的相互瀏覽，由于大量采用現場(chǎng)總線(xiàn)設備，這使 得基礎過(guò)程設備的參數可在操作站上實(shí)現透明的Web瀏覽和參數的互操作，同時(shí)還配有OPC遠 程服務(wù)軟件來(lái)實(shí)現與上層網(wǎng)絡(luò )的通訊，向工廠(chǎng)的管理網(wǎng)提供過(guò)程操作與數據趨勢的信息瀏覽服務(wù)。

系統的操作主要集中在4個(gè)控制室、對于監視站布置還考慮了2個(gè)分廠(chǎng)辦公室。

沸騰爐控制室，主要監控沸騰焙燒過(guò)程、余熱鍋爐及收塵等流程，設置2臺操作站，1臺工程 師站，設置現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )控制與管理站，PLC主站，對本控制站部分散的AI點(diǎn)從經(jīng)濟角度考慮， 采用Siemens分散AI模塊，通過(guò)Profibus D/P總線(xiàn)送進(jìn)系統處理。另外從本站通過(guò)光纜與在 分廠(chǎng)辦公室的工作站相連，以實(shí)現運方監視。對于沸騰爐溫度的監控采用Emerson Porcess Management 公司最新推出的848T總線(xiàn)型多點(diǎn)溫度變送器實(shí)現。