摘要：笔者曾经遇到一个项目。该项目属于生物制药行业。针对该项目的主要特点，结合实际工程应用，阐述了以现场总线，批量控制和Remote I/O Station结合来实现的解决方案。
1 系统综述
该项目的工艺生产单元主要由发酵，还原蒸馏，杀菌和公用工程等组成，其中发酵工艺分为3个单元，最终I/O点分配为6对控制器，分别为发酵1，发酵2，发酵3，还原，杀菌和公用工程。针对不同的工艺需要制定相应的控制方案，采用生产管理监控级、现场控制级和就地控制级三层网络结构，要求系统具备在线监测及数据采集显示、远程自动控制和网络通讯、检测数据分析、管理、系统监测及故障报警等功能。本项目经设计，其电气自控系统以Emerson Delta V为控制系统主干，并配以人机界面(6台操作员站，一台工程师站，一台OPC服务器，一套批量控制服务器和一台远程登陆站)，通过上位工控机的监控组态软件来监控整个系统的运行状况。该系统设计要求采用集散型控制系统，采取“集中监测，分散控制”的原则，由厂级中央监控工作站和现场分散就地RIO控制站组成全厂工业控制网。
其中，工程师站用来实现程序组态，诊断和监管功能，管理员或组态工程师具有最高权限，可以管理控制网内所有机器（包括OPC站，批量站等）。远程登陆站（terminal server）用来实现工程师远程登陆到控制网内，实现异地组态或维护。OPC服务器提供了OPC功能借口，为将来的信息系统拓展留了空间。由于该项目使用了Batch control的功能，可以实现配方管理，自动批量执行不同的产品生产需求，使生产更高效，更节约，更精确。
由于行业的特点，该厂现场一次仪表安装比较集中且密集，所以在方案中，使用了大量的RIO单元（产品使用了Rockwell的产品），并使用了成本较低廉的Device-net现场总线技术实现通讯，节约了DCS卡件和机柜空间。按照传统设计，原本需要6个1600mm宽且卡件端子排布很密集的机柜，使用了RIO后，只需要6个800mm宽的机柜，且机柜内卡件数量稀少，只有几块现场总线卡和几块模拟量卡，大量节约了造价成本。大量的开关量信号“打包”成模拟量信号实现上下通讯，发送或接收信号。
基本架构图
2 自控系统方案
根据设计要求，采用“集中监测，分散控制”的原则构建整个自控系统，其系统拓扑图如图2。
图2为Delta V的DCS架构的简化图，该图中使用了FF现场总线的结构。
DeltaV 的DCS架构的简化图
(1)电气自控部分系统构成
为了保证系统的稳定性和可靠性，设计中采用了DEVICE-NET现场总线和工业以太网络构建了现场控制层和信息管理层的两层网络结构控制方案对整套DCS系统进行监控。中央控制站选用DELL390工作站 并安装IFIX监控组态软件，通过工业以太网络与控制柜通讯连接，采集实时数据并监控整个系统的可靠运行。各就地控制站提供I/O模块、安全栅、高可靠性电源和通讯总线Device-net的接线盒实现实时控制，而各就地RIO站通过Device-net现场总线连接实时传输重要数据实现柔性控制。
(2)中央控制站监控组态软件
IFIX监控组态软件集控制技术、实时数据库技术、网络技术、人机界面技术、图形技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件,可以实现批量人机界面操作。用户只需编写少量的代码即可生成高质量的控制系统。整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、发酵车间，杀菌车间，还原车间和公辅车间等。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面，可在分布工艺流程图中直接点击按钮进入。界面呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表两种。
3 执行的标准和规范
本工程建设主要遵循国家标准和化工建设行业HG系列标准。当建设单位有指定时，执行限定的国外标准。在不与国内标准冲突的情况下，国外标准会被优先执行。仪表的设计、制造、检验将执行：
GB 50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范
HG/T20507-2000 自动化仪表选型设计规定
HG/T20508-2000 控制室设计规定
HG/T20509-2000 仪表供电设计规定
HG/T20510-2000 仪表供气设计规定
HG/T20511-2000 信号报警、安全联锁系统设计规定
HG/T20512-2000 仪表配管配线设计规定
HG/T20513-2000 仪表系统接地设计规定
SH 3063-1999 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范
4 接地设计
所有现场仪表及DCS系统均设置可靠的接地系统。接地系统包括工作接地及保护接地。
工作接地用于连接信号回路接地、屏蔽接地、本质安全仪表接地 。工作接地的接地电阻小于1Ω，保护接地用于连接用电仪表的金属外壳及自控设备正常不带电的金属部分，如仪表盘、仪表操作台、仪表柜、仪表架和仪表箱；DCS/PLC/ESD机柜和操作站；计算机系统机柜和操作台；供电盘、供电箱、用电仪表外壳、电缆桥架(托盘)、穿线管、接线盒和铠装电缆的铠装保护层；其它各种自控辅助设备。安装在非爆炸危险场所的金属表盘上的按钮、信号灯、继电器等小型低压电器的金属外壳，当与已作保护接地的金属表盘框架电气接触良好时，可不作保护接地。低于36V供电的现场仪表、变送器、就地开关等，若无特殊需要时可不作保护接地。凡已作了保护接地的地方即可认为已作了静电接地。保护接地的接地电阻小于4Ω。
本安回路均应为单点接地，接地点在控制室的独立的接地站上。本安回路的接地极单独设置。全厂在三个控制室旁设置3套本安连接工作接地站。在机柜间、控制室，分别各有1套工作接地站和保护接地站。这些接地站汇总连接后，均接入全厂保护接地网。
控制室、机柜间的地板的静电接地，接入机柜间内的保护接地站。
仪表信号导体不能用作接地体。仪表的安全接地必须接至信号电缆外部的分开的导体上。
仪表的屏蔽应该连接到接线柜内工作接地站上。
5 配线设计
全厂有多类电缆，用作电源输送、信号传输、接地连接等。电缆的基本类型有单对组屏蔽信号电缆，多对组总屏蔽信号电缆，单对电力电缆，单芯接地线等多种类型。
本安回路的电缆，要选择低电容、低电感结构的本安电缆，电缆的长度要经过计算确认。
所有的电缆应是单对对绞或多对对绞。多对电缆应有总屏蔽。
选择的电缆适应于电气区域划分，适应于户外桥架的安装，外护套为阻燃型聚氯乙烯材料。
本安回路的电缆与非本安回路的电缆严格分开，敷设在不同的穿线管和桥架内。
本安电缆和无火花仪表的信号电缆可以敷设在一起。
连接仪表出线口的电缆，用聚氯乙烯护套的防爆软管保护。各支线电缆从仪表至桥架、接线箱均用钢管保护。