CS3000DCS控制系统在PTA装置的应用

　　随着计算机技术的不断发展 ，DCS 控制技术得到了飞速的发展和完善。其控制策略涵盖了传统 PID 控制、逻辑控制、顺序控制等各种控制策略 ;同时使用 PC 机为基础的人机接口 ，使 DCS 的工程组态得到了简化 ，提高了工程组态效率。在辽化 80 万 t PTA 改扩建项目中采用横河公司的 CENTUM CS3000 系列 DCS 系统 ，完成对装置生产过程的控制 ，为装置的平稳运行奠定了基础。

　　CENTUM-CS3000系统是日本横河公司推出的基于WINDOWS-XP的大型DCS系统。该机型继承了以往横河系统的优点 ，并增强了网络及信息处理功能。操作站采用通用PC机，控制站采用全冗余热备份结构，使其性能价格比最优，是目前世界上最先进的大型DCS系统之一。

　　① 监控点可以由多个HIS（Human Interface StaTIon）同时操作，每个HIS也可以同时操作多个监控点（可以是不同岗位的多个监控点）。

　　② CS3000系统的处理能力非常强大，它可以处理100，000tags（工位号）、4，000幅画面（包括各种监控画面），每幅画面上可显示多达400个数据。

　　③ 人机界面比较好。选用Windows NT作为操作系统，采用X—Windows（多画面）技术，类似一般的PC机。可根据工艺的要求，实现各种友好的控制监测画面。比如它可以用棒图动态显示液/界位的变化；采用颜色、闪烁、声音等手段提醒操作人员发生过程报警及高低级别；单点操作采用Faceplate（面板）类似于常规仪表的柱状液晶显示，监视及操作较直观。

　　④ CS3000系统具有强大的数据处理能力，足以完成一般生产所需的数据运算、统计要求，并能对生产数据实时打印输出。

　　⑤正常生产中可按需求在线修改组态，更好地服务于生产。

　　⑥易于与信息系统（ERP、MES）相结合在Windows 2000、Windows XP的优异网络功能上，安装上OPC上位接口，就可以很 方便地从上位对过程进行访问，从而实现经营级别的整体优化。另外，不仅与安 装OPC的PC连接可以连接，而且也具有与原来以UNIX为首的上位计算机连接功能。

　　⑦与FA系统的连接性 在生产设备中，以生产后的包装、库存管理为首，需要与FA方面的系统特别是以PLC（Programmable Logic Controller）为主的子系统进行同步CENTUM CS 3000具备与子系统连接用的丰富多样的软件包。能够实现包含子系统 在内的优化。

　　PTA 即精对苯二甲酸 ，是以对二甲苯为原料、以醋酸为溶剂装置经过氧化反应 ，再经过加氢精致得来的。因此该装置划分为氧化、精致、辅助 3 个单元。DCS 就是要对该装置的正常操作、开车、停车进行控制。控制功能由控制站（ FCS） 完成 ，主要包括指示回路、常规 PID 控制、联锁、顺序控制等 ， 另外 ， 由于PTA 生产工艺非常复杂 ，因此还包括大量的复杂控制方案。操作站（ HIS） 作为人机接口完成下列功能 ，指示被控制和非控制变量;操作控制回路 ，包括设定点、操作方式及输出信号; 记录实时趋势和历史趋势 ;报警信号与显示 ;系统状态及诊断报告 ;报警累计 ;工艺动态图形显示;给操作员的信息;报告显示。

　　为完成上述对 PTA 装置的控制和操作 ，氧化单元设置控制站（ FCS） 2 套、操作站 （ HIS） 3 台 ，精致单元设置控制站 （ FCS） 1套、操作站（ HIS） 3 台 ，辅助单元设置控制站 （ FCS） 1 套、操作站（ HIS） 2 台 ，工程师站 1 台。系统结构简图如图 1 所示。

　　网络结构

　　由系统配置简图可以看到 CENTUM CS 3000 网络应用有 V - net 网、Ethernet 网、ESB 总线、ER 总线。

　　V - net 网是用于连接系统组件（如控制站和操作站等） 的实时控制网。每个域 ，既每条 V - net 网最多可以连接 64 个站 ，通讯方式为读/ 写通讯、信息通讯、link 传递 ，访问控制为令牌传递 ;传递通路为冗余型总线 ，传输速率为 10 MB/ s ，通讯电缆可选用同轴电缆和光缆 ，系统采用同轴电缆。

　　Ethernet 网是系统内部操作站 （ HIS） 之间信息相互连接网络 ，最多可以连接 16 个操作站（ HIS） ，符合 IEEE 802. 3 标准。

　　ESB 总线（增强型串口背板总线） 为冗余的输入/ 输出通讯总线 ，用于连接本地控制站 （ FCS） I/ O 卡到节点以及控制单元（ FCU） ，传输速率为 128 MB/ s.

　　ER 总线（增强型远程总线） 为冗余的输入/ 输出通讯总线 ，用于将远程节点连接到 ESB.

　　总线上本地节点的接口卡 ，传输速率为 10 MB/ s. 由于系统与 MCC（马达控制中心） 之间有大量的信号传递 ，因此为减少电缆敷设 ，在 MCC 设置远程节点 ，再通过 ER 总线传送到控制室。

　　根据各工艺单元的输入/ 输出点数以及控制方案的复杂程度 ，氧化单元设置控制站 （ FCS0101 、FCS0102） 2 套、精致单元设置控制站（ FCS0103） 1 套、辅助单元设置控制站（ FCS0104） 1 套。各控制站所控制的点数虽不同 ，控制方案也不尽相同 ，但控制站的基本结构和原则是相同的 ， 主要构成有现场控制单元（ FCU） 、节点（NODE） 及各级总线。

　　采用先进的 AFG40D 单元 ，使用 VR5432 （133 MHz） 处理器 ，主内存 32 MB ，72 h 电池备用 ，双冗余 V - net 通讯接口卡 ，双冗余的 ESB bus 接口卡。

　　节点（NODE）

　　节点（NODE） 由节点接口单元和输入/ 输出单元组成。节点接口单元是节点与现场控制单元之间的通讯接口。输入/ 输出单元即 I/ O 卡 ，负责采集现场测量信号/ 执行控制器输出到现场执行元件。FCS0101 配置本地节点 6 个; FCS0102 配置本地节点6 个 ，远程节点2 个;FCS0103 配置本地节点 8 个 ，远程节点2 个;FCS0104 配置本地节点 7 个 ，远程节点 1 个。I/ O 卡主要类型如下 ：

　　AAI143 电流输入模件（4～20mA ，16 通道） ;

　　AAI543 电流输出模件（4～20mA ，16 通道） ;

　　ALR121 RS - 422/ 485 通讯模件 ;

　　ADV151 数字输入模件 ;

　　ADV551 数字输出模件 ;

　　ADR541 继电器输出模件。

　　操作站是 DCS 控制系统的人机接口界面 ，完成监视、操作、记录等功能。工程师站完成对系统的组态。操作站与工程师站从硬件上看没有什么区别 ，只是完成不同功能的软件包不同 ，因此对操作站与工程师站一起讨论 ，也可以统称它们为操作站。CENTUM CS3000 R3 操作站的特点是使用通用 PC 机作为操作站的硬件基础 ，以 WINDOWS 作为软件平台。

　　从理论上讲 ，任何一台性能可靠的 PC 机都可以作为 CEN2TUM CS3000 R3 的操作站 ，横河公司采用 DELL 公司的 PC 机作为操作站。操作站使用 VF - 701 通讯接口卡 ，使 PC 机能够连接到 V - NET 网络上。该卡具有冗余的通讯接口 ，插在 PC 机的PCI 槽上。操作员键盘采用横河专用的 USB 接口操作员键盘。其他硬件配置与通用 PC 机相同。

　　目前横河 DCS 的操作组态软件平台采用 WINDOWS XP -SP2 。

　　这种软硬件配置使操作站成本大大降低 ， 硬件通用性加强 ，界面友好 ，便于操作 ，降低工程组态和运行维护成本 ，提高工作效率。

　　CS3000 组态主要包括系统 COMMON 组态 ，操作站（ HIS） 组态 ，流程图组态 ，控制站（ FCS） 组态等。

　　系统 COMMON 组态、操作站（ HIS） 组态及流程图组态

　　系统 COMMON 组态主要包括系统构成组态 ，系统常数组态 ，工程单位组态 ，报警表组态 ， 报警优先级组态等。操作站（ HIS） 组态包括操作站构成 ，操作组分群 ，连接传输 ，趋势记录 ，画面名 ，窗口名等。流程图组态即带控制点的流程图组态。通过这部分组态 ，使操作站（ HIS） 具备了人机接口的功能 ，使操作人员能够通过操作站（ HIS） 操作生产装置。氧化反应器进料流程图如图 2 所示。