【正文】 脫鹽、三注、初餾塔、常壓塔、減壓塔、氧化瀝青、減粘、電精制，加熱爐、減一中蒸汽發(fā)生器和公用工程部分，工藝過程復(fù)雜，產(chǎn)品數(shù)量多，產(chǎn)品質(zhì)量要求高。 為了提高生產(chǎn)過程的自動化水平，使該裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行；為了適應(yīng)校辦工廠必須滿足“生產(chǎn)、教學(xué)、科研”的要求，該裝置采用了三冗余的數(shù)字化控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS、工業(yè)控制計算機、Smar公司的302系列現(xiàn)場總線儀表、電Ⅲ型儀表和施耐得公司的PLC。FCS控制系統(tǒng)上位機采用工業(yè)PC機作為硬件平臺，以WINDOWS 95為操作平臺。計算機操作站上的人機界面組態(tài)是通過美國TA公司的AIMAX組態(tài)軟件完成的。AIMAX通過驅(qū)動程序與FCS和PLC接口。FCS的控制策略組態(tài)由SMAR公司開發(fā)的現(xiàn)場總線組態(tài)軟件SYSCON來完成。PLC系統(tǒng)的組態(tài)是通過施耐得公司的組態(tài)軟件Modsoft實現(xiàn)的。一、系統(tǒng)硬件配置在進行FCS設(shè)計之前，必須做出某些初始考慮，主要有：打算用什么現(xiàn)場總線儀表，要用到哪些功能塊，各需要多少臺；需要多少個通道，需要幾塊PCI卡等。這首先要做出控制方案，還要知道FCS中有哪些容量限制。 FCS中的容量限制與要求⑴ 每臺PC機最多可以插8塊PCI卡；⑵ 每塊PCI卡有4個通道（即4條現(xiàn)場總線）；⑶ 每個通道可以掛接16臺現(xiàn)場總線儀表；⑷ 若是有防爆要求，還要接安全柵。由于每個安全柵只能帶4臺現(xiàn)場總線儀表，因此每個通道需要4個安全柵；⑸ 每條現(xiàn)場總線的兩端必須接BT302（成對出現(xiàn)）；⑹ 為了完成管理現(xiàn)場總線設(shè)備之間的通信，每個通道必須有一個‘Master’。 系統(tǒng)配置該系統(tǒng)由三臺工控機構(gòu)成互為冗余的計算機操作站，每個操作站通過雙屏卡掛接兩臺顯示器，整個系統(tǒng)可以同時顯示6個不同畫面，以便滿足同時設(shè)4個操作崗位和2個教學(xué)崗位的要求。每臺工控機內(nèi)插4塊過程控制接口卡（PCI），每卡有4個通道，每個通道可掛接16塊302系列現(xiàn)場總線儀表，理論上講4塊PCI卡可掛接256塊現(xiàn)場總線儀表，根據(jù)實際情況該系統(tǒng)安裝了152塊現(xiàn)場總線儀表，分掛在全部16條通道上，處理控制回路63個。為了將現(xiàn)場儀表和控制室間進行隔離，每個通道可掛接4個總線安全柵SB302，每個安全柵可掛接4塊現(xiàn)場總線儀表，使全系統(tǒng)具有本質(zhì)安全特征?？紤]到目前現(xiàn)場總線儀表價格仍偏高，不參與控制而只用于顯示的121個模擬量和全部53個開關(guān)量通過PLC進機。該系統(tǒng)共使用三臺PLC，通過SA85網(wǎng)絡(luò)適配器和Modicon的Modbus Plus分支器與系統(tǒng)的三臺工控機構(gòu)成Modbus Plus通訊網(wǎng)絡(luò)，通信介質(zhì)采用同軸電纜或屏蔽雙絞線，傳輸速率可達1M bps。： FCS系統(tǒng)硬件配置圖二、控制策略組態(tài)地址分配在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，不同的通道可以有相同的地址，而在同一通道中地址是絕對不能相同的，并且地址不能為0，否則會出現(xiàn)不可預(yù)料的后果。對于PCI卡而言，因為它將是‘Master’或備份‘Master’，而‘Master’的地址必須是最低的，因此PCI的地址必須是1至4中的一個，也就是說PCI卡冗余時，最多可達4備份。具有最低地址的‘Master’就是主‘Master’，若主‘Master’有故障，則現(xiàn)存‘Master’中的地址最低者就自動變?yōu)橹鳌甅aster’，依次類推；若更低地址的‘Master’恢復(fù)工作，則地址最低者又自動變?yōu)橹鳌甅aster’，其它就自動變?yōu)閭浞荨甅aster’。地址5留給BC1使用，BC1是Smar公司生產(chǎn)的通過PC機串口連接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)的單通道專用通信接口，它用于便攜式計算機對某個通道進行維護，而此時它應(yīng)該是‘Master’，其地址應(yīng)該是所有現(xiàn)場總線儀表中最低的。由于每個通道最多可掛接16塊現(xiàn)場總線儀表，地址6至21分配給現(xiàn)場總線儀表?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)中允許用現(xiàn)場總線儀表作為備份‘Master’，如果你想用某個現(xiàn)場總線儀表作為備份‘Master’，請選用地址最低者。地址22至25留給Smar公司生產(chǎn)的PLC（LC700）使用，本系統(tǒng)沒有選擇LC007?？刂撇呗越M態(tài)該常減壓蒸餾氧化瀝青聯(lián)合裝置共有溫度控制回路5個；壓力控制回路9個；流量控制回路10個；液位控制回路25個，含氧分析控制回路2個；熱值控制回路2個，串級控制回路5個；調(diào)節(jié)閥和電機變頻調(diào)速切換系統(tǒng)6個；液位切換控制回路1個；壓力選擇控制回路1個；通過搭橋?qū)崿F(xiàn)三冗余不同通道間的控制回路1個；通過編程實現(xiàn)特殊控制回路1個；開環(huán)手動控制回路3個；流量指示、累計34個。全部工作正常，下面僅舉一例。 常壓爐燃燒控制溫度串級回路組態(tài) ，該控制采用串級調(diào)節(jié)方式，以爐膛溫度為副回路調(diào)節(jié)參數(shù)，爐出口溫度為主回路調(diào)節(jié)參數(shù)，整個控制只需要兩塊現(xiàn)場總線儀表：即雙通道現(xiàn)場總線溫度變送器TT302（位號為TT2705）和現(xiàn)場總線到氣壓信號轉(zhuǎn)換器FP302（位號為TFP2708）。在TT2705中取2個AI模塊TT2705和TT2708，它們分別檢測爐出口溫度和爐膛溫度，兩個PID運算模塊（一個是TT2705中的TIC2705，另一個是TFP2708中的TIC2708）。這樣TT2705作為主回路測量值與主回路調(diào)節(jié)器TIC2705的給定值進行比較運算，其輸出作為副回路調(diào)節(jié)器TIC2708的給定，而副回路調(diào)節(jié)器的測量值來自TT2705的AI模塊TT2708。，對燃料油流量調(diào)節(jié)閥進行控制，以達到爐出口溫度的調(diào)節(jié)。在FCS中實現(xiàn)裝置切換 勝華煉油廠的50萬噸/年常減壓蒸餾氧化瀝青聯(lián)合裝置中有許多復(fù)雜控制回路，其減底液位(LIC2305)控制回路與減粘塔底液位(LIC2401)組成切換調(diào)節(jié)回路，減底渣油經(jīng)減底泵P110/1或P110/2抽出一路至減粘塔進料調(diào)節(jié)閥LV2305，另一路至氧化瀝青塔進料和冷渣油出裝置調(diào)節(jié)閥LV2401。該切換調(diào)節(jié)回路可實現(xiàn)兩種控制方案。方案一：開氧化瀝青塔(不開減粘塔)時，由工藝人員切換流程關(guān)閉LV2305，減底渣油送至氧化瀝青塔，LIC2305輸出至氧化瀝青塔進料調(diào)節(jié)閥LV2401。方案二：開減粘塔(不開氧化瀝青塔)時，減底渣油一路送至減粘塔；另一路冷渣油出裝置。此時LIC2305輸出至減粘塔進料調(diào)節(jié)LV2305；LIC2401輸出至冷渣油出裝置調(diào)節(jié)閥LV2401。該回路的減底液位控制還使用了電機變頻調(diào)速器，LIC2305的輸出分為兩路：一路輸出至調(diào)節(jié)閥LV2401(方案一)或LV2305(方案二)，另一路輸出至減底泵變頻調(diào)速電機P110/1。正常情況下，調(diào)節(jié)器輸出只到變頻調(diào)速電機，通過調(diào)速來控制減底液位，達到節(jié)能的目的。若調(diào)速電機P110/1出現(xiàn)故障，則開備用電機P110/2，用調(diào)節(jié)閥控制。液位調(diào)節(jié)控制方案和泵閥切換由操作人員通過鍵盤實現(xiàn)。其工藝自控流程圖見圖 。 減底液位與減粘塔底液位切換調(diào)節(jié)回路工藝自控流程圖減底液位與減粘塔底液位切換調(diào)節(jié)回路共用4塊現(xiàn)場總線儀表：三路電流到現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器IF302（位號為IF2305，地址為18）、現(xiàn)場總線到三路電流轉(zhuǎn)換器FI302（位號為FI2305，地址為20）和兩個現(xiàn)場總線到標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號轉(zhuǎn)換器FP302（減底液位為TFP2305，地址為19；減粘塔底液位為TFP2401，地址為21）。在IF2305中取2個AI功能塊LT2305和LT2401，它們分別完成減底液位浮球和減粘塔底液位浮球輸出電流（420mA）的信號采集。在LFP2305中取用1個PID運算功能塊LIC2305進行PID運算， 1個SPLT功能塊SPLT2305用于輸出切換。在FI2305中取用1個SPLT功能塊SPLT2401用于輸出切換，1個AO功能塊LMY2305輸出420mA到變頻調(diào)速器，對泵電機P110/1進行調(diào)速。在LFP2401中取用1個PID運算功能塊LIC2401進行PID運算，1個ISS功能塊ISS2401用于輸入信號選擇。在該控制回路組態(tài)中使用了AI、PID、SPLT、ISS和AO五種功能塊，下面只介紹ISS功能塊和SPLT功能塊。ISS 功能塊是控制模塊，通常前面與最多三個功能塊的輸出相連，選擇一個輸出與后面某個功能塊的輸入相連，用作輸入信號選擇器。SELTYPE=1時，三個輸入中的最大值通過；SELTYPE=2時，三個輸入中的最小值通過；SELTYPE=3時，三個輸入中的中間值通過；SELTYPE=4時，三個輸入中的第一個好值通過；SELTYPE=5時，只能在2個輸入中選擇一個通過。IND=0時，選擇SEL1；IND=1時，選擇SEL2；其它有關(guān)參數(shù)有MODEBLK、OUT、PVSCALE、OUTSCALE、OUTHILIM和OUTLOLIM。SPLT功能塊是控制模塊，通常前面與一個功能塊的輸出相連，后面與最多三個功能塊相連，用作分程控制、順序控制和輸出選擇器。ATYPE=1時用作輸出選擇器，只能對2路信號選擇；IND=0時，選擇OUT1（由LOCKVAL2和NOTSELVAL2確定OUT2的狀態(tài)和數(shù)值）；IND=1時，選擇OUT2（由LOCKVAL1和NOTSELVAL1確定OUT1的狀態(tài)和數(shù)值）；其它有關(guān)參數(shù)有MODEBLK、INSCALE、OUT1SCALE和OUT2SCALE。在進行功能塊連接時，它們之間的連接可以是內(nèi)部的，也可以是外部的。內(nèi)部連接指得是在同一個現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)功能塊的連接，這些連接只消耗現(xiàn)場設(shè)備的處理時間而不使用總線，因此不占用控制掃描時間。外部連接指得是在不同現(xiàn)場設(shè)備間功能塊的連接，這些連接由于要使用總線，在‘Master’的調(diào)度下傳送信息，因此每個外部連接要占用15 ms的控制掃描時間。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息傳輸速率較慢，在進行現(xiàn)場總線策略組態(tài)設(shè)計時，應(yīng)盡量使用內(nèi)部連接，減少外部連接，以便縮短控制掃描時間。在該控制回路設(shè)計中，AI和PID連接時，由于PID的輸入端是IN，因此在AI和PID之間只有1條連接線。而PID和SPLT或ISS連接時，由于SPLT2305功能塊的輸入端是串接輸入CASIN，必須從SPLT2305的BKCALOUT連接一條反饋線到LIC2305的BKCALIN（下同），因此在PID和SPLT之間至少有2條連接線。在現(xiàn)場設(shè)備IF2305和LFP2305中都有PID功能塊。若使用IF2305中的PID，存在2條外部連接線；若使用LFP2305中的PID，則只有1條外部連接線。所以在此使用了LFP2305中的PID功能塊。組態(tài)圖見圖 。 減底液位與減粘塔底液位切換調(diào)節(jié)回路組態(tài)圖三冗余控制回路組態(tài)由于現(xiàn)場總線儀表中有各種功能塊，根據(jù)需要選擇在控制應(yīng)用中使用的功能塊，然后指定其參數(shù)，無冗余的系統(tǒng)組態(tài)即告完成。若要進行冗余組態(tài)，不需重新全部組態(tài)。例如：要進行三冗余配置，只需要在主工作站下面再產(chǎn)生兩個備份工作站，進行逐通道的掛接即可，但應(yīng)有不同的通道名稱。若某通道的名稱為PCI0CH0，其地址為1；則第二備份通道的名稱應(yīng)為PCI0CH0BACKUP1，其地址為2；第三備份通道的名稱應(yīng)為PCI0CH0BACKUP2，其地址為3。下裝時1工作站用PCI0CH0；2工作站用PCI0CH0BACKUP1；3工作站用PCI0CH0BACKUP2即可。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一個通道內(nèi)構(gòu)成控制回路十分方便，在設(shè)計時也盡量將構(gòu)成控制回路的現(xiàn)場總線儀表放在同一通道中，實現(xiàn)三冗余也相對簡單。在整改過程中，由于不能停工敷設(shè)電纜，需解決不同通道間的儀表構(gòu)成一個三冗余控制回路。據(jù)資料介紹可以實現(xiàn)，但未見報道。經(jīng)認(rèn)真分析PCI卡中虛擬現(xiàn)場總線儀表中的模擬橋接模塊ABR和現(xiàn)場總線儀表中的輸入信號選擇模塊ISS，實現(xiàn)了不同通道間的三冗余控制回路，但外部連接相應(yīng)增多。圖中現(xiàn)場總線儀表FT2952和FFP2952在同一PCI卡的不同通道，PCIPCI2和PCI3在三臺工控機中互為備份。46