DCS应用在化纤粘胶纤维制胶工艺中

一　前言
　　南京化纤股份有限公司是一家大型化纤纺织股份制企业，具有近40年生产历史，属于化工类流程性生产企业。目前具备年产粘胶短、长丝各一万吨的生产能力。为加快企业发展、增强竞争能力，提升生产力及产品质量，南化公司目前实施的《制胶降耗环保技改工程》中，其主要的生产设备为引进设备，该工程设计生产力为年产两万吨粘胶短纤制品，其他设备为国内配套设备。为提高自动化水平，增强仪表控制系统的可靠性，我们在设计时考虑到该系统的繁杂性、逻辑关系严谨、顺序控制多的特点，因此采用了DCS。
　　浙大中控SUPCON JX-300X DCS充分利用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠成熟的先进控制算法，使其兼具了高速可靠的数据输入输出运算、过程控制和PLC联锁逻辑控制功能，获得了广泛应用，特别是其性能价格比优于同等规模的常规仪表系统，成了此项工程自动控制系统首选的产品。
二 工艺流程简介
　　本工程是以化纤制胶工艺过程为控制对象的自动控制系统。工艺流程由原液车间制胶工艺和短丝车间纺丝工艺组成。
　　1. 原液车间
　　原液车间是以制胶工艺过程为主的生产车间，是整个制胶生产过程的核心组成部分。目前该车间的关键生产设备都是进口的，包括黄化机2台、一道KK滤机5台、二道KK滤机3台、脱泡桶1台。该生产过程有较多密切相关的逻辑互联关系，对自动控制系统而言显得较复杂。我们设置黄化工序设立主操作站一个，另外2个现场操作站分别设在浸压粉和熟成工序，主操作站有权接管其他2个现场操作站、正常状态3个操作站也可独立运行。
　　（1）浸压粉现场操作站涵盖I/O：118点，其中AI：85、AO：11、DI：12、DO：10。
　　（2）黄化主操作站涵盖I/O：418点，其中AI：67、AO：15、DI：198、DO：138。
　　（3）熟成现场操作站涵盖I/O：200点，其中AI：40、AO：19、DI：112、DO：29。
　　2. 短丝车间
　　I/O变量：429，其中AI为81，AO为13，DI为136，DO为199。
　　短丝车间设纺丝、精炼操作站各一个，操作站根据生产工艺提出的要求进行控制。每个操作站都配备中规模可编程控制器各一套。纺丝和精炼操作站所使用的控制系统应采用三级通信网络并设人机接口，由上位机组成控制系统。远程I/O网络使控制系统与采样系统和控制设备间通信更为密切，而预留的数据通道将扩展向中央控制室提供可靠的通信网络。
　　纺丝现场操作站涵盖：I/O：156点，其中AI：58、AO：5、DI：40、DO：53。
　　精炼现场操作站涵盖：I/O：273点，其中AI：23、AO：8、DI：96、DO：146。
三　控制系统功能及要求

　　（1）该系统在浸压粉工序和熟成工序设立相对独立的现场操作站，每个操作站负责各自的生产维护功能彼此相互独立，互不影响。

　　（2）该系统在黄化工序设立总操作站，除了负责黄化工序的正常生产控制，还应具备控制浸压粉工序和熟成工序的操作维护功能，并且对其相应的操作站有更高的优先权。

　　（3）各操作站之间的设备通过标准的工业以太网连接，该网络要进行相应的冗余设计，以保证网络运行的可靠性。

　　（4）该系统最上层要预留符合TCP/IP协议的以太网管理操作接口，以备连接管理调度计算机，为今后实现全厂综合管理自动化作好准备。

　　（5）对重要关键部位的控制器、网络、模块、电源要进行冗余配置，以保证各工序生产过程的可靠性。

　　（6）该系统与防爆设备相连的接口要采用相应的防爆处理措施，达到所要求的防爆等级。

　　（7）该系统设计时要考虑到一定预留量，以备今后的扩容。

　　（8）该系统的总操作站要有开发和运行软件功能，其余各操作站要有相应的运行功能，该系统的软件要采用性能价格比相对较高的软件，保证整个系统的稳定可靠运行。

　　（9）组态实用程序应具备以下功能：过程变量的零点、量程及报警限设定;控制回路组态;建立实时和历史数据库;建立显示趋势图画面;建立报表;程序编辑和编译;组态下载;组态在线修改;过程变量监视;显示和修改所有参数。

四 系统配置

　　JX-300X DCS由一个多功能站、5个操作站、5个控制站和过程控制网络组成。

　　多功能站既可作操作站使用也可作工程师站使用。工程师站内装有相应的组态平台和系统维护工具。操作站是操作人员完成生产过程监控管理任务平台。多功能站和操作站的硬件组成完全一样，包括工控PC机、CRT、鼠标、键盘、网卡、专用操作员键盘、操作台等。

　　控制站完成整个工业过程的实时监控功能，由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置，为了增加系统的可靠性，我们对控制站的主控制卡、数据转发卡进行了冗余配置，控制回路的I/O卡件也采用冗余配置。

五 工程组态

　　SUPCON JX-300X DCS的组态包括主机设置、控制站组态、操作站组态，三者必须按顺序完成。工程组态还包括组态下载和运行维护。

　　1. 主机设置

　　它是对系统各主控制卡、操作站、工程师站在系统中的位置进行组态，也就是每个站在过程控制网络上的地址、每个控制站的运算周期、是否冗余等的组态。

　　2. 控制站组态

　　它是指对控制站硬件和控制方案的组态。

　　在进行控制站组态时须注意事项：

　　（1）首先进行I/O组态，包括数据转发卡、I/O卡件、信号点、信号点参数设置的组态，组态时要按顺序进行;

　　（2）在进行自定义控制方案组态时，最好先完成I/O组态、自定义变量定义，然后在SCKey组态软件中启动SCX编程语言编程（不要单独启动SCX编程语言），这样SCX编程语言能直接引用已经组态的信号点位号，减少输入和编译错误;

　　（3）自定义控制方案程序编译通过后，必须在自定义回路中登录，登录的自定义回路号要和程序中的引用号相同;

　　（4）各种卡件的组态地址要和硬件地址相同;

　　（5）在进行热电阻信号点参数设置组态时，必须指明量程范围;
　（6）在进行信号点参数设置组态时，信号点的报警使能状态要组为使能（也就是选中报警）状态，这样，在监控软件运行时，既可使该点有报警，也可禁止该点报警，否则在运行时就不能使该点具有报警功能，如要更改，必须重新组态、编译、下载;

　　（7）在进行信号点参数设置组态时，报警值要根据工艺要求组态，如留到监控软件运行时更改，当重新下载软件时，报警值就会变为原组态值，影响安全运行;

　　（8）报警级别并不是各种报警的优先权，而是为了方便不同的操作小组查看相应级别的报警。

　　3. 操作站组态

　　它是面向操作人员的计算机操作平台的定义，主要包括操作小组设置、标准画面组态（总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览）、流程图、报表、自定义键、语音报警等6部分。操作站组态要注意以下事项：

　　（1）在进行操作站组态时，必须先进行操作小组设置，一个系统最多可组16个操作小组，每个操作小组可有不同的操作画面;

　　（2）流程图组态软件、报表制作软件最好在组态软件SCKey下启动;

　　（3）在绘制流程图时，动态对象（数值、图形）可以和非动态对象、其他动态对象重叠，当动态对象和非动态对象重叠时，动态对象要置于图形的最上层，一个动态对象不能和其他任何对象组合成组合对象，否则监控软件运行时没有动态效果，动态对象不能进行剪切、粘贴，但可以在同一张流程图上复制;

　　（4）趋势（历史）数据在操作站计算机硬盘上记录的时间由趋势画面组态的存储点数和存储间隔决定。每张趋势画面的存储点数可在1920～2592000点间选择，存储间隔可在1～3600s间任选，存储点数乘以存储间隔就是趋势数据记录的时间（s），如一张趋势画面组态的存储点数为1920点，存储间隔为1s，则可记录1920s（32min）的趋势数据，如存储间隔改为60s，则可记录1920min（32h）的趋势数据;

　　（5）每张趋势画面显示的最大时间范围为“960＊存储间隔”，如存储间隔为1s，则最大显示时间为960s（16min）;如存储间隔为60s，则最大显示时间为960min（16h）;

　　（6）在趋势画面组态时，如组态的存储间隔较长，观察到的趋势可能会和实际不一样，特别是对变化较快的参数，因此对同一组参数，建议组两张趋势画面，一张时间间隔为1s，一张时间间隔为60s，前者比较真实地反映参数的变化情况，后者便于观察操作是否平稳，便于生产管理;

　　（7）趋势画面中不能包含模拟输出点，如想查看模拟输出点的趋势，可用参数：控制回路位号.MV。注意：模拟输出点也不能操作，要想操作，必须建一个控制回路和其相连。

　　4. 组态下载

　　组态下载用于将上位机上的组态内容编译后下载到控制站。在修改与控制站有关的组态信息（主控制卡配置、I/O卡件配置、信号点组态、常规控制方案组态、SCX语言组态等）后，需要重新下载组态信息;如果修改操作站组态信息（标准画面组态、流程图组态、报表组态等）则不需要下载组态信息。

　　在组态下载画面上有将要下载的组态文件信息和已经下载（控制站正运行）的文件信息，两者都包括文件名、编译日期及时间、文件大小、特征字。如果组态编译后两者的特征字相同，就可以不进行组态下载;如果组态编译后两者的特征字不同，就必须进行组态下载。在监控软件运行时，如果指示操作站和控制站运行软件是否一致的指示灯闪烁，也必须进入组态软件进行组态下载。

　　组态下载有全部下载和部分下载两种方式。全部下载将组态的所有内容下载到控制站;部分下载可以选择下载总体组态、AI、AO、常规控制回路信息，SCX语言程序、梯形图程序或折线表定义。其中AI、AO、常规控制回路信息还可以选择部分回路下载，此时必须指定想要下载的回路号，常规控制回路的回路号就是组态登记的回路号;AI的回路号就是所有已经组态的AI点按硬件地址排列的顺序号;如某控制站的1号和2号机笼均组态有一块4回路AI卡件，1号机笼内组态了4个AI点，2号机笼的卡件上组态了3个AI点，分别在卡件的1、2、4通道，则2号机笼AI卡件第4通道对应的AI点的回路号就是7。同样， AO的回路号就是所有已经组态的AO点按硬件地址排列的顺序号。
　　由于JX-300X DCS的内部软件地址采用上述方法确定，所以位号一旦组态，就不能删除（除非所删位号位于最后），硬件上空的点也不能插入组态新点（如上例中2号机笼中AI卡件的第3通道就不能组态使用），否则后面所有位号的软件地址都会移位，造成系统混乱。因此在组态时，特别是需要在线修改时还要注意以下事项：

　　（1）最好I/O卡件的所有通道都要组态，无实际位号的用假位号代替，作为备用，这样才能发挥硬件富余量的作用，将来如要用某一点，更改位号名并重新设置即可;

　　（2）不要删除已经组态的位号（除非所删位号位于最后），不用的位号可以保留作为备用;

　　（3）如要增加位号，只能在所空硬件的最后增加，不可在中间插入，也就是说空的硬件点如没有预先组态，就不能再使用，从而造成浪费;

　　（4）增加自定义变量时，应在所有已定义的自定义变量的最后增加;

　　（5）自定义控制方案程序中应尽量不用临时变量（全局变量和局部变量），而使用自定义变量;

　　（6）自定义控制方案程序中的临时变量也要在已有临时变量的最后增加。

　　如果进行了组态下载，就必须从工程师站向各操作站进行组态传送。否则，指示操作站和控制站运行软件是否一致的指示灯就会闪烁。

　　5. 运行维护

　　4路电流输入卡SP313的每一路均可接收0～10mA或4～20mA信号，既可向变送器供电也可以不供电，这4路信号分为两组，其中1、2通道为一组，3、4通道为一组，两组间的信号互相隔离，并且与控制站的电源隔离，但同一组内的两个信号采用同一个隔离电源供电，实际应用中如需点点隔离，SP313卡就只能接受两路信号，并且这两路信号要分别接入不同组的两个通道上。在对同一组的两个现场变送器进行维护时，要特别注意一个回路对另一个回路的影响，因为如果其中一个回路短路或因变送器故障输出电流大于30mA（向外供电时的短路保护电流），SP313卡就会自动保护，造成两个回路都无输入。因此建议如需拆接变送器的端子接线，最好在室内接线端子处先断开回路，以免造成短路。

　　另外，如果同一组的两个现场变送器全是智能变送器，那么手持通信器就不能和智能变送器通信，要想实现两者间的通信，就必须断开一个回路。

　　开关量输入卡SP363X接收无源触点信号或开关量输出卡SP362X输出无源晶体管触点信号，通过卡件上的跳线可以选择是7路或是8路输入，当选择7路输入时，一块卡件上的7个回路公用一根地线;当选择8路输入时，同一机笼中的所有SP363X或SP362X卡件的所有回路公用一根地线。因此，为了减少公用地线引起的风险，应将SP363X或SP362X卡件设置为7路输入，维修时不要随意动这根地线。

　　否则，如果公用地线断路可能会造成使用同一公用地线的所有SP363X或SP362X卡件相继烧毁。

　　JX-300X DCS提供的故障诊断画面比较全面地显示了控制站软、硬件的运行情况，一旦自检到操作站和控制站通信、主控制卡、数据转发卡、I/O卡件故障，故障诊断画面就会有相应的显示，并进行声音报警。

　　对于系统本身的各种故障，操作或DCS维护人员可根据操作画面综合信息栏内的系统报警指示灯状态进行判断。该指示灯正常时为绿色，一旦注意到该指示灯以红色闪烁就可以利用故障诊断画面进行故障分析和排除。

六 结束语

　　该工程采用JX-300X DCS是国内首次在粘胶行业成功应用的中大型控制系统，具有较高的推广价值。JX-300X DCS组态工作简单明了，软件功能丰富，能方便地实现一些复杂的控制方案。该系统自投用以来，运行效果良好，大大降低了操作人员的劳动强度，控制效果平稳，故障率很低。