ABB AC800F 型集散控制系統(tǒng)在煤化系統(tǒng)中的應用

1 引言

　　青海某責任有限公司投資新建一個100 萬噸/年焦化項目。由于地處高原，為了提高產(chǎn)率，保證系統(tǒng)持續(xù)的安全、穩(wěn)定運行，在該公司選中了廣泛使用的ABB AC800F 系統(tǒng)。ABB AC800F dcs 系統(tǒng)是基于工業(yè)IT（Industrial IT）的控制平臺，它的工業(yè)自動化水平較高，采用開放的一體化控制器、最新技術(shù)和標準，具有信息總和，高工程效率，高級可升級的解決方案，開放的通訊，既插既用等特點。又同時具有開放的一體化控制器、全局化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是世界領(lǐng)先的集dcs 和PLC 優(yōu)點于一體自動化控制系統(tǒng)。

　　2 項目簡介

　　該公司是一個集采礦、選礦、冶金、煤化工產(chǎn)業(yè)為一體的綜合性大型民營獨資企業(yè)集團。為了適應惡劣環(huán)境，考慮到現(xiàn)代企業(yè)的信息化和自動化，及可持續(xù)發(fā)展的需要，在新建的100 萬噸/年焦化項目中應用了最新技術(shù)，選擇了ABB AC800F 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有Industrial IT 控制平臺，并基于現(xiàn)場總線，提高公司的信息化和自動化水平。I/O 模件選用了S800 系列作為分布式過程站，使工作更加輕松。

　　3 AC800F 控制器的特點

　　AC800F 控制器是ABB 公司推出的一套世界領(lǐng)先的自動化控制系統(tǒng)，集dcs 和PLC 優(yōu)點于一體，并支持多種國際現(xiàn)場總線標準。它既具備dcs 的復雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好人機界面（HMI）及方便的工程軟件，又具有與高檔PLC 指標相當?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅?。系統(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接Profibus、FF、CANModbus 等各種現(xiàn)場總線設備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應用，都能應付自如。該系統(tǒng)升級到V7.1 版本或以上版本后，系統(tǒng)容量可以達到無窮多點（超過100 萬個I/O），今后如果系統(tǒng)需要擴展，可直接在這個基礎(chǔ)上增加I/O 或現(xiàn)場總線儀表，利于今后的發(fā)展。AC800F系統(tǒng)將ABB 控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)的過程自動化控制概念提升到基于面向全廠信息化的工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)，其目的是實現(xiàn)在最恰當?shù)臅r間及最合適的角度向用戶各級人員提供他們需要的最準確及詳細的信息，使他們能夠高效率的運行工廠生產(chǎn)。該系統(tǒng)可分為操作管理級和過程控制級。操作管理級包括操作站OS、工程師站ES、網(wǎng)關(guān)GS。

　　在操作管理級上不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)監(jiān)控操作功能（預定義及自由格式動態(tài)畫面顯示、趨勢顯示、彈出式報警及操作指導信息、報表打印、硬件診斷等），而且能完成配方管理及數(shù)據(jù)交換等管理功能。過程控制級可以由一個或幾個過程站組成，每個站都包括AC800F 和擴展I/O S800 單元。

　　過程站CPU 和I/O 單元均可以配置為冗余或不冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)具有各種I/O 模塊可以與現(xiàn)場各類過程信號相連接。

　　比較于其他集散控制系統(tǒng)，結(jié)合AC800F 控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，我們總結(jié)了系統(tǒng)的新技術(shù)如下：

　?。?）開放的現(xiàn)場總線技術(shù)

　　雖然該項目暫時沒有用現(xiàn)場總線型現(xiàn)場儀表，為了利于用戶今后的發(fā)展，我們預留了總線硬件接口。在軟件方面ABB AC800F 控制器的Profibus 模板支持DPV1。標準模件與純DP 標準模件相比增加了對儀表的組態(tài)能力，這樣無須安裝各種儀表的專用組態(tài)軟件，僅導入每個儀表的設備參數(shù)文件（GSD 文件）,就可以實現(xiàn)在統(tǒng)一的系統(tǒng)編程軟件下對所有PA 標準的儀表的參數(shù)編程組態(tài)的功能，該功能有效節(jié)省軟件成本，提高工程組態(tài)的效率。

　?。?）開放的控制功能

　　該系統(tǒng)控制器采用RISC 處理器芯片，程序采用任務運行方式，每個任務都可以設定運行的周期和運行優(yōu)先級。所以既可以滿足復雜調(diào)節(jié)回路控制要求（一般要求控制周期較長），又可以滿足快速電氣開關(guān)量控制，從而一個控制器就可以覆蓋工廠所有環(huán)節(jié)控制要求。編程時預留了大量的用戶自定義的控制功能塊，根據(jù)今后生產(chǎn)的需要，用戶可以自己添減功能，而IEC61131-3 編程標準的應用，使用戶只要有一些基礎(chǔ)知識，就能很快熟悉該系統(tǒng)編程。

　　（3）系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫技術(shù)

　　系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫核心技術(shù)即“分散存儲，全局管理”。系統(tǒng)編程軟件僅為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲區(qū)，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個全局系統(tǒng)變量表操作員站與過程站之間的數(shù)據(jù)交換無須數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換編程為直接存取，變量的修改與檢查也是系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的過程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。整個工程自控部分的安裝調(diào)試開車只用了兩三周的時間，這是一個很重要的因素。

　?。?）開放的TCP/IP 協(xié)議

　　以太網(wǎng)技術(shù)在操作員站、工程師站和過程TCP/IP 協(xié)議以太網(wǎng)模件，這樣使系統(tǒng)無須增加設備就可以與工廠局域網(wǎng)連接，由于系統(tǒng)支持標準DDE 和OPC 數(shù)據(jù)交換標準，使系統(tǒng)與各種第三方數(shù)據(jù)庫或軟件的數(shù)據(jù)交換將更加容易。

　?。?）系統(tǒng)易于擴展

　　系統(tǒng)軟件無資源限制，用戶今后如果需技術(shù)改造,新增加控制點、過程站，工程師站軟件無須重新購買，編程時僅在原項目文件項目樹下添加幾個資源即可，方便了用戶今后的系統(tǒng)擴展和長遠發(fā)展。

　?。?）中文界面

　　系統(tǒng)菜單，操作面板，系統(tǒng)字符表及系統(tǒng)提示信息均為中文。

　　4 S800 I/O 站的特點

　　Industrial IT 的I/O 模件均為自帶CPU 的智能化模件，主要功能是進行信號調(diào)理及A/D、D/A轉(zhuǎn)換、并完成包括線性化、工程單位轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)預處理。

　　S800 I/O 作為分布式過程I/O 站，為模塊設計，經(jīng)濟，靈活，易于安裝，接線，可直接與傳動系統(tǒng)連接。其模件及接線端子可任意組合以適用于不同空間及應用要求。

　　S800 I/O 可通過Profibus DP 或ABB AF100 現(xiàn)場總線實現(xiàn)與高一級控制系統(tǒng)的通信。同時可與ABB 傳動設備連接，模件狀態(tài)有狀態(tài)顯示等現(xiàn)實，也可通過現(xiàn)場總線遠程診測。數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線按照一定周期掃描I/O 模件，根據(jù)模件類型掃描周期定為4-108ms。S800 I/O 具備全冗余功能，包括總線接口模件冗余，總線介質(zhì)冗余I/O 模件冗余?？蓪崿F(xiàn)無擾動切換，所有輸出可強制或預設定。I/O 模件通過機械鎖定鍵與接線端子鎖定，所有模件均可帶電插拔。提供本質(zhì)安全模件及HART通訊，把HART 協(xié)議轉(zhuǎn)換為Profibus-DP V1,同時可以使用DTM 進行組態(tài)。各模件及通道狀態(tài)顯示等易于錯誤診斷，所有模件注塑成型，防護等級為IP20。S800 I/O 站為導軌式安裝，即可水平安裝，也可垂直安裝。緊湊型和擴展性端子可混合安裝在一起。選用擴展電纜可使安裝更為靈活以適用不同安裝空間的要求。

　　5 系統(tǒng)組成方案

　　系統(tǒng)配備了四個過程站和八臺操作員站：工程師站使用工控PC機（也可使用便攜機）作為調(diào)試設備，按照煤化工藝和現(xiàn)場的布置圖，我們共建立了4個過程站；系統(tǒng)操作員站運行在工業(yè)PC機上，基于MS Windows NT平臺的全中文Digivis軟件包開發(fā)的操作界面，其圖形操作接口增強了系統(tǒng)的使用與操作功能。 此外，還可以提高PC機的外部設備指標如:顯示器、打印機、鼠標及鍵盤等，使系統(tǒng)操作更方便。根據(jù)廠方要求對應四個過程站分別建立一個或兩個操作員站，每個操作員站只可以監(jiān)視和操作相應過程站的信息。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。