橡膠水務(wù)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化改造

齊慶燕(中國(guó)石化齊魯分公司運(yùn)維中心，山東 淄博 255000)

0 引言

橡膠水務(wù)裝置擔(dān)負(fù)著為橡膠廠生產(chǎn)的供水、供氣及污水處理工作，主要包括循環(huán)水、化學(xué)水、污水處理、空壓站等崗位。這幾個(gè)崗位地理位置分散，控制系統(tǒng)都為歐姆龍、西門(mén)子等PLC系統(tǒng)。后由于優(yōu)化崗位人員配置、實(shí)現(xiàn)集中管理的需求，橡膠水務(wù)把原多個(gè)崗位操作室合并為一個(gè)水務(wù)集中控制室，原多個(gè)小PLC 系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足裝置生產(chǎn)集中管控的需要。在經(jīng)過(guò)多方論證下，2017 年將多個(gè)PLC 合并改造為浙江中控股份有限公司生產(chǎn)的ECS-700 國(guó)產(chǎn)DCS 系統(tǒng)。

1 ECS-700系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

ECS-700 系統(tǒng)按照可靠性原則設(shè)計(jì)，充分保證系統(tǒng)安全可靠；系統(tǒng)所有部件都支持冗余，在任何某單一部件故障下系統(tǒng)仍可正常工作，系統(tǒng)具備故障安全功能。ECS-700 系統(tǒng)具有完備的工程管理功能，包括多工程師的協(xié)同工作，組態(tài)完整性管理，操作權(quán)限管理。國(guó)產(chǎn)DCS 系統(tǒng)從性?xún)r(jià)比、供貨周期、軟件組態(tài)方面都有進(jìn)口DCS 系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ECS-700 系統(tǒng)由控制節(jié)點(diǎn)、操作節(jié)點(diǎn)及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。系統(tǒng)具有良好的拓展性，支持在線增加控制節(jié)點(diǎn)、操作節(jié)點(diǎn)等，方便系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)容，支持軟件在線升級(jí)。

1.3 組態(tài)功能

ECS-700 系統(tǒng)具備多人協(xié)同工作的能力。在組態(tài)修改方面，實(shí)現(xiàn)了分塊編譯下裝、在線組態(tài)下載，還具有站間通訊功能。

1.4 網(wǎng)絡(luò)通訊

ECS-700 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為4 層，依次為L(zhǎng)-BUS(本地I/O總線)、E-BUS(擴(kuò)展I/O 總線)、SCnet(過(guò)程控制網(wǎng))、SOnet(過(guò)程信息網(wǎng))。L-BUS 負(fù)責(zé)控制器與本地IO 模件的連接，E-BUS 通過(guò)控制器與IO 連接模塊實(shí)現(xiàn)與第三方廠家的通訊。過(guò)程控制網(wǎng)為冗余結(jié)構(gòu)，采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在操作節(jié)點(diǎn)和控制站之間傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和命令。過(guò)程信息網(wǎng)在操作節(jié)點(diǎn)間傳輸歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和操作記錄等。

1.5 開(kāi)放性

ECS-700 系統(tǒng)融合各種標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬接口，符合MODBUS、HART 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的開(kāi)放接口，以實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的連接。

2 橡膠水務(wù)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

橡膠水務(wù)裝置DCS 系統(tǒng)共有5 套控制站。02、04、10 控制站設(shè)在主控室機(jī)房，其中02 控制站包括一循、二循、三循3 個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，10 控制站包括空壓站和清水兩個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，04 站為化學(xué)水本地控制站。06、08 為遠(yuǎn)程控制站，分別設(shè)置于污水場(chǎng)遠(yuǎn)程控制室和污水預(yù)處理遠(yuǎn)程控制室。遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程控制站通過(guò)單模光纖與主站和主交換機(jī)進(jìn)行通信連接。

橡膠水務(wù)控制系統(tǒng)改造為國(guó)產(chǎn)中控DCS 后，其控制范圍覆蓋整個(gè)橡膠水務(wù)所有裝置，方便了新增監(jiān)控點(diǎn)的接入和生產(chǎn)的一體化管控。

2.2 組態(tài)結(jié)構(gòu)

為了方便工藝集中管理、分散控制，利用系統(tǒng)功能，分為1個(gè)控制域、1 個(gè)操作域。操作域下設(shè)橡膠水務(wù)總體、循環(huán)水化學(xué)水、污水場(chǎng)及預(yù)處理、空壓站及清水泵房4 個(gè)操作小組。利用不同的用戶(hù)和位號(hào)組態(tài)分組功能，從而實(shí)現(xiàn)分工管理。

3 典型控制方案

以橡膠水務(wù)空壓站裝置CM852 空壓機(jī)組啟動(dòng)聯(lián)鎖程序?yàn)槔瑢?duì)中控ECS-700 的FBD 功能塊圖組態(tài)的特點(diǎn)做簡(jiǎn)單描述。

如圖1 所示，按下油泵就地啟動(dòng)按鈕或輔操遠(yuǎn)程啟動(dòng)按鈕，經(jīng)過(guò)TP 標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)2s 脈沖，輸出送電氣油泵啟動(dòng)信號(hào)。油泵停分自動(dòng)停和手動(dòng)停兩種情況。當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)手自動(dòng)開(kāi)關(guān)在自動(dòng)時(shí)，主機(jī)聯(lián)鎖中間變量觸發(fā)或開(kāi)停指示關(guān)，則經(jīng)過(guò)TON 輸出延時(shí)定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)從OFF 到ON 跳變延時(shí)輸出，15s 后油泵自動(dòng)停止。當(dāng)手自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)在手動(dòng)時(shí)，按下現(xiàn)場(chǎng)油泵停止按鈕或按下輔操油泵停止按鈕，2s 脈沖后，油泵停止。

壓縮機(jī)啟動(dòng)也分自動(dòng)啟和手動(dòng)啟兩種情況。當(dāng)手自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)在自動(dòng)時(shí)，油泵啟動(dòng)按鈕按下，經(jīng)過(guò)SR 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，TON 延時(shí)15s 且沒(méi)有故障停機(jī)信號(hào)(M21004)，則輸出為“1”的2s 脈沖，啟動(dòng)壓縮機(jī)。當(dāng)開(kāi)關(guān)在手動(dòng)時(shí)，按下主機(jī)就地啟動(dòng)按鈕或輔操遠(yuǎn)程啟動(dòng)按鈕，CM852 壓縮機(jī)啟動(dòng)。油泵啟停及壓縮機(jī)啟動(dòng)如圖1。

4 調(diào)試中遇到的問(wèn)題及處理

4.1 機(jī)組通訊采集

橡膠水務(wù)空壓站CM853/854 機(jī)組為廠家封裝程序，這就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，怎樣利用系統(tǒng)與第三方通信功能，把機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)采集到上位監(jiān)控畫(huà)面上來(lái)？我們發(fā)現(xiàn)COM742-S 模塊可解決這一問(wèn)題。

COM742-S 是ECS-700 系統(tǒng)的以太網(wǎng)異構(gòu)設(shè)備接入模塊，通過(guò)擴(kuò)展I/O 總線，利用MODBUS/TCP 協(xié)議將第三方設(shè)備數(shù)據(jù)聯(lián)入系統(tǒng)。

4.1.1 硬件設(shè)置及參數(shù)組態(tài)

在系統(tǒng)組態(tài)管理軟件中，可完成COM742-S 模塊的通信參數(shù)設(shè)置、通信命令組態(tài)、組態(tài)編譯和下載。

在硬件組態(tài)中添加COM742-S 模塊后，點(diǎn)擊右鍵“通信組態(tài)”，打開(kāi)通信組態(tài)設(shè)置軟件。在組態(tài)中選擇EthernetPort0，設(shè)置以太網(wǎng)口參數(shù)。設(shè)置時(shí)注意兩側(cè)模塊IP 遵循同一網(wǎng)段，COM742-S通信模塊作為MODBUS 主站。選中EthernetPort0，增加設(shè)備CM853，并設(shè)置設(shè)備參數(shù)。

選中設(shè)備CM853，點(diǎn)擊右鍵，即可添加MODBUS 命令。命令屬性里的“周期”表示該命令執(zhí)行周期長(zhǎng)短。“開(kāi)始地址”是MODBUS 協(xié)議的起始地址。位號(hào)信息為第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)與控制器位號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖2 的AI209-212 命令，表示從寄存器的209 地址開(kāi)始，讀4 個(gè)寄存器，存儲(chǔ)格式為2 字節(jié)整形。

圖1 油泵啟停及壓縮機(jī)啟動(dòng)

圖2 命令屬性頁(yè)面設(shè)置

4.1.2 顯示設(shè)置

在“通信組態(tài)”中完成以太網(wǎng)口、設(shè)備、命令的設(shè)置后，在硬件組態(tài)軟件中選擇COM742-S 模塊進(jìn)行“組態(tài)更新”，對(duì)該模塊編譯保存。進(jìn)入位號(hào)表組態(tài)，“開(kāi)始掃描”后系統(tǒng)將自動(dòng)掃描硬件配置，并根據(jù)組態(tài)的模塊自動(dòng)添加位號(hào)，位號(hào)組好后即可在流程畫(huà)面和程序中調(diào)用。

4.2 污泥脫水?dāng)?shù)據(jù)包通訊解析

橡膠水務(wù)污水廠的污泥脫水?dāng)?shù)據(jù)包為外部通信模擬輸入，包含多項(xiàng)外設(shè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，需要將它拆分為多個(gè)自定義開(kāi)關(guān)量，才能在上位機(jī)上顯示。怎么實(shí)現(xiàn)這個(gè)數(shù)據(jù)包裹的解析功能呢？利用兩級(jí)數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換模塊，將原數(shù)據(jù)包由實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)成無(wú)符號(hào)整數(shù)。然后利用UINT 型解析功能塊，將UINT 類(lèi)型數(shù)據(jù)按低位到高位解析成16 個(gè)開(kāi)關(guān)量，這16 個(gè)開(kāi)關(guān)量即可在畫(huà)面上表示泵、閥等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 首位聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)捕捉

CM852 空壓機(jī)組有4 個(gè)聯(lián)鎖停機(jī)條件，每個(gè)停機(jī)條件需經(jīng)過(guò)延時(shí)2s 后才停機(jī)。也就是說(shuō)，為了過(guò)濾掉停機(jī)條件中的異常信號(hào)，在每個(gè)聯(lián)鎖條件觸發(fā)后又加了一個(gè)2s 延時(shí)，這樣最先報(bào)警的聯(lián)鎖停機(jī)條件不一定就是真正觸發(fā)聯(lián)鎖的停機(jī)條件。經(jīng)過(guò)研究功能塊庫(kù)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量指示功能塊PVDI 可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。PVDI 用于設(shè)置開(kāi)關(guān)輸入的狀態(tài)報(bào)警，并具有上升沿跳變統(tǒng)計(jì)功能。這樣就可輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)組第一停機(jī)信號(hào)的事件記錄功能。

4.4 上位監(jiān)控權(quán)限優(yōu)化

調(diào)試期間，操作人員反映過(guò)程報(bào)警信息混亂，所有崗位報(bào)警全部顯示，無(wú)法精準(zhǔn)匹配每個(gè)崗位對(duì)應(yīng)的報(bào)警。通過(guò)對(duì)操作域組態(tài)中的自定義報(bào)警分組設(shè)置，將控制組態(tài)中設(shè)置的位號(hào)分組作為報(bào)警分組使用，并在監(jiān)控用戶(hù)授權(quán)組態(tài)中定義操作員用戶(hù)的報(bào)警確認(rèn)、監(jiān)控操作權(quán)限的范圍。兩項(xiàng)組態(tài)組合，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控登錄某一操作小組后，只看當(dāng)前操作小組對(duì)應(yīng)崗位的報(bào)警信息和操作信息。優(yōu)化監(jiān)控權(quán)限后，查閱報(bào)警操作信息更加方便快捷。

5 結(jié)語(yǔ)

橡膠水務(wù)裝置中控ECS-700 系統(tǒng)自2017 年6 月投用以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作可靠，且上位人機(jī)交互界面友好，控制組態(tài)功能豐富，工藝操作得以?xún)?yōu)化，效率和控制指標(biāo)得到提升。由于系統(tǒng)軟硬件均系模塊化設(shè)計(jì)，方便系統(tǒng)安裝調(diào)試和維護(hù)。其組態(tài)管理軟件人性化較強(qiáng)，易于學(xué)習(xí)和掌握，特別適用于國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員的編程。