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高爐自控系統(tǒng)
DCS
煉鐵
- 摘要：隨著煉鐵工業(yè)的逐步自動(dòng)化，對(duì)其控制要求也越來(lái)越高，本文介紹艾默生DCS在煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用，以供參考。
一.簡(jiǎn)介
2000m3高爐自控系統(tǒng)采用了美國(guó)艾默生公司的Ovation DCS產(chǎn)品，編程軟件為 OvationV3.1.2。該系統(tǒng)共有控制柜3個(gè)，雙冗余控制站1個(gè)，工程師站、操作站、歷史站和工作站共4個(gè)。
OvationDCS采用FDDI通訊網(wǎng)絡(luò), 通訊速率為每秒100 MB，處理容量為每秒200 000 點(diǎn)實(shí)時(shí)信息, 聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)度達(dá)200 km , 節(jié)點(diǎn)數(shù)最多1 000 個(gè)。I/ O 的精度提高到13 位, 分辨率優(yōu)于0.11 % , 掃描效率每秒為10 次。計(jì)時(shí)采用令牌存取方式, 確保每秒實(shí)時(shí)傳送200000 個(gè)過(guò)程點(diǎn)數(shù)據(jù)。工程師站和操作員站均采用DELL 商用機(jī) , 交換機(jī)采用CISCO 產(chǎn)品。
二. 工藝流程
1.齒輪箱水冷：本系統(tǒng)設(shè)兩臺(tái)水泵，一臺(tái)投入工作，另一臺(tái)備用。水泵的進(jìn)水管與接受罐相通。水泵出水經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)濾器的過(guò)濾后，進(jìn)入換熱器，再經(jīng)電磁流量計(jì)、電子除垢器和有關(guān)手動(dòng)閥門(mén)后進(jìn)入齒輪箱。齒輪箱的回水靠本身重力流回到接受罐。罐內(nèi)有一塊隔板（接受罐內(nèi)的上部是相同的），齒輪箱回水在隔板的一側(cè)，補(bǔ)水管和泵吸水管在隔板的另一側(cè)。自清洗過(guò)濾器是機(jī)電一體化設(shè)備，濾網(wǎng)污染后壓差增大，當(dāng)上升到一定的預(yù)置壓差時(shí)，差壓控制器控制自動(dòng)反洗。
2.氣密箱氮封冷卻：齒輪箱溫度≥70℃時(shí)，通往水冷齒輪箱的氮?dú)夤苈氛{(diào)節(jié)閥A1開(kāi)大，通往閥箱的氮?dú)夤苈氛{(diào)節(jié)閥A2打開(kāi)應(yīng)急冷卻，齒輪箱溫度≤55℃時(shí)，A1閥關(guān)小，恢復(fù)正常供氮，同時(shí)關(guān)閉A2。閥箱溫度≥120℃時(shí)，A2開(kāi)大，打開(kāi)閥A1，閥箱溫度≤70℃時(shí)，A2關(guān)小，恢復(fù)正常供氮。
3.接受罐平衡水位：它的主要作用是向水泵供水，接受齒輪箱的回水。為了平衡壓力，有一個(gè)氣管與齒輪箱連通。齒輪箱回水帶進(jìn)的雜質(zhì)沉淀后，通過(guò)接受罐底部排污管上的電動(dòng)球閥排出罐外。一根通往罐內(nèi)的補(bǔ)水管用作補(bǔ)水，補(bǔ)水管路上裝有電動(dòng)球閥。
三.DCS系統(tǒng)組成
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.主要硬件組成
3.軟件組成
3.1 Windows XP +SP1 英文版操作系統(tǒng)
3.2 Ovation v3.1.2 控制程序編輯軟件及上位組態(tài)軟件。這是一套集成軟件包，包括報(bào)警管理軟件、趨勢(shì)顯示軟件、點(diǎn)信息管理軟件、診斷顯示軟件、記錄用戶接口軟件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、應(yīng)用編程工具、歷史站軟件、報(bào)表建立器以及OPC 服務(wù)器軟件等。主要組態(tài)工具是Ovation Developer Studio。
4.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4.1 Ovation系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即ROOT級(jí)和FANOUT級(jí)。兩級(jí)均由Fast Ethernet組成，每層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用冗余配置。
4.2 Ovation系統(tǒng)采用的實(shí)時(shí)過(guò)程控制通訊網(wǎng)絡(luò)具有快速和大容量特點(diǎn)。采用全冗余容錯(cuò)技術(shù)的Ovation Control Network嚴(yán)格遵循IEEE標(biāo)準(zhǔn)。Ovation網(wǎng)絡(luò)與通訊介質(zhì)無(wú)關(guān)，既可采用光纖, 也可采用UTP。Ovation網(wǎng)絡(luò)軟件符合ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)，可在任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物理網(wǎng)絡(luò)層通訊，具有所有網(wǎng)絡(luò)特性：冗余、同步、確定和令牌傳輸。當(dāng)與以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、令牌環(huán)或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連時(shí)，它使用TCP/IP協(xié)議。因?yàn)镺vation系統(tǒng)在控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)術(shù)上的突破，最終用戶可在局域和廣域范圍內(nèi)（LAN和WAN）構(gòu)建信息系統(tǒng)，并合成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
四.工藝控制要點(diǎn)
圖2、3為爐頂冷卻檢測(cè)系統(tǒng)全圖和接收罐水位調(diào)節(jié)面板圖。畫(huà)面顯示水泵、供水閥、排水閥、水位變送器、水箱等。控制面板包括水位實(shí)際值（PV）、設(shè)定值（SV）、供水閥開(kāi)度值（MV）和閥門(mén)開(kāi)度（XI）的柱狀圖和數(shù)字指示、水位設(shè)定值及增、減按鍵、供水閥開(kāi)度及手動(dòng)增、減按鍵，及自動(dòng)（A）、手動(dòng)（M）切換按鍵等。
圖4為水泵起停控制邏輯組態(tài)圖。KEYBOARD 3為自動(dòng)鍵，若設(shè)置為自動(dòng)時(shí)，如果接收罐水位低于低位限制值，L/B輸出一個(gè)邏輯1，因自動(dòng)鍵3輸出為邏輯1，觸發(fā)器被置位，與門(mén)1輸出邏輯1，經(jīng)或門(mén)2使觸發(fā)器7置位，水泵起動(dòng)；如果接收罐水位高于高位限制值，L/A輸出一個(gè)邏輯1，為防止液位開(kāi)關(guān)抖動(dòng)而設(shè)置TDON，因觸發(fā)器3在自動(dòng)時(shí)輸出1，與門(mén)9輸出1，經(jīng)或門(mén)11使觸發(fā)器7復(fù)位，水泵停止。（TDON即ONDELAY。ONDELAY算法延遲輸出將要變?yōu)?TRUE的時(shí)間。當(dāng)輸入為T(mén)RUE且本算法允許時(shí)，定時(shí)器輸出按指定的時(shí)基累積時(shí)間直到等于定時(shí)器延遲時(shí)間數(shù)值。此時(shí)，定時(shí)器輸出停止累積且其值保持為延遲時(shí)間數(shù)值，輸出變?yōu)門(mén)RUE。）
圖 2 爐頂冷卻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全圖
圖 3 接收罐水位調(diào)節(jié)面板圖
圖 4 水泵起停控制邏輯組態(tài)圖
圖 5 爐頂冷卻檢測(cè)系統(tǒng)控制程序
五.應(yīng)用心得體會(huì)
1.熱電阻的量程變換系數(shù)有在線計(jì)算和離線計(jì)算兩種方法。在線計(jì)算使用Sensor Calibrate工具，離線計(jì)算使用Coefficient Calc工具。在線計(jì)算工具直接修改控制器中點(diǎn)的參數(shù)，使用時(shí)注意會(huì)使點(diǎn)變?yōu)閴馁|(zhì)量時(shí)，點(diǎn)的掃描會(huì)停止，這將影響回路操作。在完成計(jì)算后要使用 Reconcile工具將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中。離線計(jì)算工具修改數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)，不影響實(shí)時(shí)操作，但必須下裝到控制器后才起作用，若已計(jì)算有轉(zhuǎn)換系數(shù)，則它不再計(jì)算，需注意參數(shù)必須填寫(xiě)完整。
2.WINXP操作系統(tǒng)下數(shù)據(jù)庫(kù)的還原方法：先用全數(shù)據(jù)和分?jǐn)?shù)據(jù)將數(shù)據(jù)庫(kù)備份，導(dǎo)出所有GB和CB。再將C:OVPTSVER 和C:WINDOWSETC 目錄拷貝下來(lái)，記住這兩個(gè)目錄的共享名以及屬性。進(jìn)入DOS環(huán)境，鍵入以下命令：SET ORACLE_DATA_DIR=C:oracleoradate；SET ORACLE_INDEX_DIR=C:oraleoraindex 。進(jìn)入C:OracleOra92databaseptdbpfile 目錄，運(yùn)行crptdb.bat，cd c:ovationovationbase，ovptbridge ptadmin/ptadmin@ptdb，ovptnetbridge.exe ptadmin/ptadmin@ptdb。此時(shí)STUDIO已空，將上面拷貝的目錄拷貝回去。（先刪后考），在DOS環(huán)境下，OPEN DOS，DO_PTADMIN_IMPORT.BAT 全數(shù)據(jù)備份文件。關(guān)掉所有程序，重啟計(jì)算機(jī)。OPEN STUDIO，DOWNLOAD 各操作員站，重啟服務(wù)器，將OVATION 盤(pán)插入 REPAIR系統(tǒng)，CLEAR每個(gè)DROP，再DROP LOAD編譯CONTROL SHEET AND GB，CLEAR每個(gè)DROP，再DROP LOAD即可。
3.在線下裝程序要慎之又慎，防止給生產(chǎn)造成被動(dòng)局面。下載前，要將修改控制邏輯涉及的所有重要設(shè)備轉(zhuǎn)換為就地操作，對(duì)聯(lián)鎖關(guān)系點(diǎn)采取硬接線點(diǎn)強(qiáng)制，防止新舊邏輯在下裝瞬間，回到執(zhí)行狀態(tài)時(shí)的初始掃描過(guò)程中，軟件初始值引起失控狀態(tài)值輸出，導(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)。在線下裝應(yīng)本著“先主CPU，后熱備CPU”的原則進(jìn)行。首先檢查操作站上的1800圖系統(tǒng)狀態(tài)，應(yīng)無(wú)異常報(bào)警。然后進(jìn)入“Controller Diagnostics”控制器診斷功能，檢查控制器的運(yùn)行情況，如各個(gè)任務(wù)區(qū)的負(fù)荷，I/O信息，邏輯頁(yè)信息等。以上確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行。
4.關(guān)于主控制器和備用控制器。主控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)上，備用控制器從網(wǎng)上更新數(shù)據(jù)。備用控制器只更新寄存器中數(shù)據(jù)，不進(jìn)行運(yùn)算。從網(wǎng)上更新數(shù)據(jù)時(shí)CPU并不停止，它即時(shí)監(jiān)視主站信息，一旦發(fā)現(xiàn)下列五種情形，立即投入運(yùn)行。(1)控制處理器故障(2)網(wǎng)絡(luò)控制器故障(3)I/O接口故障(4)控制處理器電源斷(5)控制處理器復(fù)位。主、備控制器切換無(wú)時(shí)間差。
5.Ovation數(shù)據(jù)庫(kù)包括文件和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。其中文件包括:SAMA圖、網(wǎng)絡(luò)配置、站組態(tài)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置和流程圖。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)包括：點(diǎn)、I/O卡件定義、Trend Group和Pds Group。
與文件有關(guān)的執(zhí)行Download，Download將文件拷貝到網(wǎng)上。與數(shù)據(jù)有關(guān)的執(zhí)行LOad,它下裝數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)到控制器，它不同于Copy，主要作用一是將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和閃存數(shù)據(jù)下裝到控制器和工作站；二是對(duì)在網(wǎng)上的全部工作站更新分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。如果只是修改了DROP中的Point,不需要Clear，只需要load即可。只有修改了Drop中的Configuration，并且Download才需要Clear，再Load。如對(duì)工作站修改了內(nèi)容，并且Download則不用Clear。Clear是清除閃存中的數(shù)據(jù)。
6.更換控制器(帶網(wǎng)卡)的方法。
6.1、將舊控制器斷電后拔下。
6.2、插上新控制器(帶有新閃存，老閃存要格式化后再用。若不格式化，把其中內(nèi)容全部刪除也可)，上電。格式化閃存CF卡，使為FAT格式，不能是其它格式。具體命令是：CF卡容量<128mb< span="">：Format X：/a：4096/fs：FAT。CF卡容量≥128MB：Format X：/a：8192/fs：FAT。X：為閃存的盤(pán)符。
6.3、打開(kāi)服務(wù)器的Error log，查看新網(wǎng)卡的MAC地址。
6.4、打開(kāi)Developer Studio，選擇控制器右鍵，Open，修改MAC地址，IP地址不變，保存。
6.5、等待服務(wù)器啟動(dòng)控制器正常后，使用Download功能，將服務(wù)器的程序拷貝到控制器中，等待1~2分鐘。此時(shí)閃存中出現(xiàn)三個(gè)文件夾：BOOT，ETC和WDPF。
6.6、對(duì)控制器斷電和上電，重新啟動(dòng)控制器正常后，Clear控制器。
6.7、控制器自動(dòng)啟動(dòng)后，Load控制器，將組態(tài)內(nèi)容下裝到控制器。
7.對(duì)控制器Load注意事項(xiàng)。
7.1、選擇控制器，右鍵，在菜單中選擇Consistency,在Load之前進(jìn)行一致性檢查，對(duì)可能引起問(wèn)題的對(duì)象進(jìn)行修改。
7.2、選擇控制器，右鍵，在菜單中選擇Reconcile，將數(shù)據(jù)庫(kù)與控制器進(jìn)行比較，確認(rèn)無(wú)誤。
7.3、先對(duì)處于控制狀態(tài)的控制器進(jìn)行Load操作。需要打開(kāi)系統(tǒng)狀態(tài)圖進(jìn)行確認(rèn)，哪個(gè)控制器處于主控狀態(tài)，哪個(gè)控制器處于備用狀態(tài)。
7.4、在確認(rèn)主控制器工作正常之后，再對(duì)備用控制器進(jìn)行Load。
7.5、修改Control Builder數(shù)據(jù)應(yīng)每進(jìn)行一小部分就做一次Load，不要積累大量修改后再Load，那樣不利于問(wèn)題的分析。
7.6、在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，要謹(jǐn)慎使用Load操作，確認(rèn)具有Load的權(quán)限，分析Load后可能的結(jié)果再進(jìn)行。
8.回路的數(shù)據(jù)整定是操作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接向控制器修改參數(shù)。回路改變參數(shù)后，控制器的數(shù)據(jù)必須用Reconcile命令通過(guò)手動(dòng)方式傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)，最終再由Control Builder工具通過(guò)Reconcile命令更新控制回路中的Sheet。
六.結(jié)語(yǔ)
OvationDCS經(jīng)過(guò)八年來(lái)的運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，控制性能完全滿足生產(chǎn)要求。
