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DCS系统在铜冶炼工艺中的应用

jhlu3  发表于 2009/7/15 8:47:21      1384 查看 1 回复  [上一主题]  [下一主题]

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一、TDC3000系统的一般构成

  TDC3000系统是由一系列硬件和软件组成,来完成数据采集和控制。系统主要有两大网络相连接而成。下面是TDC3000系统的一般网络结构图。

图一、TDC3000网络结构图

  (一)、Local Control Network 局域控制网

  局域控制网简称LCN,主要是将一些控制窗口(US操作站)、高级控制模块(应用模件AM、计算机模件CM)及过程网络连接在一起,实现数据采集和控制。其性能有:]
   
  ? 广播式通讯,令牌传递,“令牌环”;

  ? 传输数率为5M/Sec,串行传输;

  ? 最多可挂64个节点/LCN;

  ? 最长达300M/LCN;

  ? 最多可扩展到7段,最长为4.9KM;

  ? 75欧姆终端同轴电缆,冗余网络,LCNA、LCNB;

  ? 每分钟自动切换一次。

  直接挂在LCN网络上的设备称为LCN节点;主要有以下几种类型:

  1.通用操作站(Universal Station简称US):是TDC3000的人机界口,它可以针对不同的工作而设定为操作员操作站(Operator)、工程师操作站(Engineer)和万能操作站(操作员站+工程师站)。作为操作员操作站,它可以实现以下功能:监视和操作连续与非连续的过程;报警并处理报警;显示并打印趋势、报告和报表;监视和控制系统状态和诊断程序。作为工程师操作站,可以实现的功能:网络组态;建立过程数据库;建立用户图形;设计报表;编写控制语言程序(CL语言)等等。

  2.通用工作站(Universal Work Station简称UWS):也叫远程工作站,是一种可选的人机界面,功能与US完全一致,唯一不同之处是UWS是用于办公室环境。
   
  3.UXS操作站:也是一种可选的人机界面,它有两套操作系统除了具有US的全部功能以外,还有一套UNIX系统,具有窗口画面的管理功能。一台UXS操作站最多可打开4个LCN窗口和若干个WINDOWS窗口并可对任意一个窗口进行缩放。UNIX系统主要是用于和上位机通讯如:ALPHA机,实现在PC机上最多可同时观看到4幅流程图画面。

  4.历史模件(History Module简称HM):提供了大量存储在硬盘上的数据,在HM中可存储和访问的数据类型有:历史报警;操作站信息;系统状态变化;系统错误信息;系统维护指南;提供报表与趋势所需的连续过程的历史数据;所有类型的系统文件等等。

  5.应用模件(Application Module简称AM):具有综合的控制算法功能,包含了一整套标准的改进型控制算法,并且可运用CL语言进行进一步改进算法和策略。

  6.增强型PLC接口模件(Extend PLC Gateway Module简称EPLCG):主要提供LCN网络与PLC之间的通讯;转换LCN与PLC之间的数据;扫描程序,处理PLC的数据并提供报警信息;可支持Modicon PLC、AB PLC和Honeywell PLC;并可进行冗余和非冗余配置。\

  7.工厂网络模件(Plant Network Module简称PLNM):LCN网络与上位机网络的接口模件,主要提供LCN与上位机之间的通讯和数据交换。

  8.网络接口模件(Network Gateway Module简称NG):连接多条LCN网络,进行相互访问。

  9.网络接口模件(Network Interface Module简称NIM):是LCN网络与万能控制网络(简称UCN)的接口,主要完成两种网络间的通讯和数据转换的功能。

  (二)、Universal Control Network万能控制网络

  万能控制网络简称UCN,主要是传输过程数据,完成对生产过程的控制。其性能有:

  ? 与过程设备相连;

  ? 传输数率为5M/Sec;

  ? 最多可挂32个冗余节点/UCN;

  ? 最长可达800M/UCN;

  ? 每条网络终端都有75欧姆终端电阻;

  ? 冗余网络:UCNA,UCNB。

  挂在UCN网络上的节点有

  1.增强型过程管理器(Advanced Process Manager简称APM):提供了极强的数据采集和控制能力,可处理数字量DI与DO点,模拟量AI与AO点,脉冲量输入PI,低信号模拟量输入LLAI、LLMUX等等;多达160条的调节控制回路,可进行流量补偿等运算、PID控制、马达控制等等各种运算或逻辑控制,使用CL语言还可改进控制策略,并可与UCN上其它设备进行点对点通讯。

  2.逻辑控制器(Logic Manager简称LM):是一种以开关量为主的控制器,提供高速逻辑控制,与PLC(即可编程序控制器)相似,可执行数字和模拟量逻辑控制,并可与UCN上的APM或其它LM实现点对点通讯。

  二、冶铜工艺中的TDC3000系统

  (一)、系统配置

  金隆铜业使用的这套DCS系统是HONEYWELL公司的R400版本,于上世纪九十年代后期正式安装投用。下面是该系统在金隆铜业的详细配置图。

图二、金隆铜业TDC3000系统配置图

  金隆铜业TDC3000系统是以闪速炉为中心,包括硫酸车间、制氧站和电控中心几个部分,一条冗余的LCN网络通过光缆扩展将这几个区域相连而成;LCNE是光缆的接口卡,LCN网络通过LCNE和光缆相连。系统主体设备如:历史模件HM、应用模件AM、工厂网络模件PLNM、增强型PLC接口模件EPLCG都配置在闪速炉中心。三条冗余的UCN网络UCN1、UCN2、UCN3分别对应于闪速炉、硫酸车间和制氧站。闪速炉区域因参数量较多而配置了两台APM和一台LM,并配置一台UXS、三台US,便于工艺人员同时操作;硫酸车间配置了一台UXS、一台US和一台APM;制氧站则配置了两台US和一台APM。

  各个区域通过光缆相互进行通讯和交换数据,各区域之间可相互监视,必要时还可以跨区域操作,任何一台US操作站都可对各区域进行组态、修改程序和监控工艺流程等等。两台UXS通过90FS模件与上位机(即ALPHA机)相连,办公室管理人员可通过PC机同时能打开8幅流程图画面,便以各个部门管理和监视;在电控中心(即电仪楼)还配置一台UWS,以便于维护人员进行远程修改组态和监视。各区域还可以通过EPLCG、PLNM分别和PLC、上位机进行通讯和数据交换。上位机通过PLNM,可实现对闪速炉的数模控制。通过EPLCG可实现闪速炉、硫酸、制氧的DCS和转炉、阳极炉PLC之间的数据交换。

  有点美中不足的是该系统只支持台湾的繁体汉字系统,但所有流程图、点的描述、报表等等,均可以用中文进行描述。

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  • jhlu3

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    jhlu3   发表于 2009/7/15 8:47:21

    (二)、软件组态 

      TDC3000系统的软件组态主要包括NCF、建点、制作流程图、报表、按钮、历史数据库和区域数据库等方面的组态工作,具体说明如下:


      1.NCF组态


      NCF(Network Configuration File)组态包含了LCN上所有节点的信息。在系统组态时必须先对NCF进行组态,即对系统如何进行配置,包括:区域划分,单元划分,节点分配,硬盘分配等等。


      ? 区域(AREA)划分


      全厂TDC3000系统共设置为三个区域
        
      AREA 01       闪速炉区域
        
      AREA 02       硫酸车间域


      AREA 03       制氧站区域


      ? 操作台(CONSOLE)划分


      TDC3000系统中,CONSOLE为一个软件的逻辑概念,即同一个CONSOLE内,其外设(含US)共享。CONSOLE与区域是对应的。


      全厂TDC3000系统共设置为三个CONSOLE:
       
      CONSOLE 01 监控闪速炉区域
       
      CONSOLE 02 监控硫酸车间域


      CONSOLE 03 监控制氧站区域


      ? 单元(UNIT)划分:


      单元是为系统划分而设立的概念,最多可组态到100个单元。全厂共配置了27个单元:
     
      闪速炉:15个单元,分别为1到15单元;


      硫酸:6个单元,分别为31到36单元;


      制氧:6个单元,分别为61到66单元。


      ? 节点(NODE)划分:


      节点划分即对LCN上所有节点进行编号,金隆DCS有以下几种类型:US、UXS、UWS、HM、AM、NIM、CNI、PLNM、EPLCG等,分别对应于闪速炉区域:1#UXS、2#3#4#US、9#UWS、11#12#冗余NIM、17#AM、19#HM、21#CNI和23#EPLCG;硫酸车间域:5#UXS、6#US和13#14#冗余NIM;制氧区域:7#US、8#US和15#16#冗余NIM。各节点所编的号必须与节点上的主板地址一一对应。


      ? 卷组态(Volume Configuration)


      卷组态即对硬盘进行划分,包括对系统文件及用户文件进行卷命名和空间划分,其中系统卷名有13个,是固定不变的;用户卷名有2个,分别为PICS和USER,在用户卷名下可创建若干个分卷名,用于存放流程图、报表、CL程序等用户文件。
     
      NCF组态很重要,一旦分配好,便不能更改,因此在NCF组态前,必须对整个系统考虑周到。硬盘空间最好配置在90%~95%之间,这样系统运行最好。NCF组态好后,才能进行其他的组态。


      2.建点(Building Points)


      TDC3000系统的点有硬点和软点之分,所谓硬点即直接和I/O相连的点,其它所有的点为软点,不论是硬点还是软点所创建的点名即点的位号必须是唯一的,不能有相同的位号存在。建点主要包括AM、EPLCG、PLNM、APM和LM的建点。


      以APM为例:在对APM建点时,必须先对UCN上各个节点的地址、节点的类型、节点的配置进行定义,还需对APM控制功能的数目与扫描速率以及将每块卡块的物理位置与逻辑块号一一对应起来,并分配好。然后才进行建点,信息包括点的描述、单位说明、地址和单元分配、参数设置等等。


      TDC3000系统点的类型是非常丰富的,有各种各样不同功能的点,极大地丰富了组态人员的组态工作。其类型有:
       
      ? 模拟量输入点AI
       
      ? 模拟量输出点AO
       
      ? 数字量输入点DI
       
      ? 数字量输出点DO
       
      ? 过程调节点REG PV
       
      ? 调节控制点REG CON
       
      ? 标志点FLAG
       
      ? 定时器点TIMER
       
      ? 数字组合点DC
       
      ? 数值量点NUMERIC
       
      ? 逻辑控制点LOGIC
       
      ? 开关量选择点SWITCH
       
      ? 用户数据段点CUSTOM
       
      ? 手动/自动点MAN/AUTO


      3.流程图制作(Picture Building)


      TDC3000提供了强大的制图软件,组态人员可以在图形编辑画面上添加管线、设备或在原先的基础上进行修改编辑,还可以在设备上添加各种条件与变体、增加变量等等。流程图制作好后,经过编辑,便可以调出监视。在流程图上,操作员可以得到大量的信息,例如:设备运行状态,各个参数运行指示值,阀门开度等等。TDC3000还带有触屏操作功能,操作员可以很方便地在流程图上进行SP、OP等参数的输入和DO、DC等设备的开停操作。由于闪速炉、硫酸和制氧在同一个LCN网络上,各个之间的设备状态可以很方便地在同一幅画面上进行监视。EPLCG的相连可以很方便地将转炉、阳极炉的数据显示在流程图上,极大地方便了生产上的操作。


      4.自由格式报表制作(Free Format Logs)


      自由格式报表FFL为用户提供了自由设计、尺寸大小、制作过程信息报表并打印的手段。报表尺寸最大为132列宽、66行长,最多可以制作400个FFL。可以将生产过程的参数和状态用报表记录下来,按请求或固定的时间间隔进行打印。


      5.按钮组态(Button Configuration)


      按钮组态是将US、UXS或UWS站的操作员键盘上1-85个按钮赋予一个或一系列特定操作功能。如:某一幅工艺流程图、某张报警画面、清屏、趋势图等等,以便于操作员操作。


      6.建立历史数据库(Building History Group)


      将所有类型的连续数值以瞬时值、小时、日、班、月平均和用户平均值等形式以一定的时间间隔收集,并存放于硬盘HM中用户组态的卷下。每个HM最多可建有120个历史组,每个历史组里最多可组态20个点,并且同一个历史组中的点必须是同一个单元中的点。如果收集到的数据,以小时存放可保存170个小时、以班存放可保存43个班、以日存放可保存33天、以月存放可保存14个月。历史组的功能是将收集到的数据用于自由格式报表、趋势显示、打印趋势和历史记录等(注:只有在历史组中组态为瞬间点Snapshot时,才有历史趋势显示)。金隆铜业所建的历史数据库全部为瞬间点(单位为秒)和用户平均值(单位为分)两种方式采集数据,以便用于参数的历史趋势和用户平均值显示,并可作为过程状态或报警分析等等。


      建立区域数据库(Building Area Database)


      区域数据库是真正的US数据库的建立,是操作员用于控制本区域的标准显示。当用户流程图、按钮组态和自由格式报表组态完毕后,才可以建立区域数据库。区域数据库的内容包括如下:


      ? 配置到区域的单元:将本区域的单元列出来。


      ? 区域总貌显示:显示定义在总貌中的组,最多可组态36个组显示。
       
      ? 区域组显示:将相关联的点放在一个操作组里,这样操作员可同时监视这几个点。每个组最多可组态8个点,每个区域可组态400个操作组,1~390组为工程师组态,属永久性的,操作员不能更改,391~400组操作员可组态,属临时性的,可任意修改或删除。
       
      ? 区域的区域和单元显示:区域的区域显示是根据工艺要求,在本区域选出重要的24个点,并设定时间基数,以显示点的趋势变化;区域的单元显示是从每个单元中选出24个点,设定时间基数,作为单元趋势显示。
       
      ? 程序点组:是CL语言程序的一个窗口,最多可组态50个程序点组(401~450组),每组最多可建6个程序点组。
       
      ? 定义自由格式报表:定义如何调用和什么时间调用报表,并指定报表的名称,及可使用的打印机号。


      区域数据库全部建完后,TDC3000系统的组态也就完成了。当然在以后还可以对以上所有的组态除了NCF组态和APM等BOX点的分配不能修改以外其它如:流程图、建点、报表、区域数据库、按钮组态等等均可以进行添加、修改和删除等。

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    引用 jhlu3 2009/7/15 8:47:21 发表于2楼的内容

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