【摘 要】
　　本文介绍了两套甲醇控制系统的组成、所用各种模块的性能、特点，所用上位、下位软件的组态、操作以及两套控制系统的合并方法。介绍了两套甲醇控制系统合并在河南省世纪金源化工的成功应用所带来的直接间接效益。
　　
　　【关键字】
　　甲醇控制系统、控制器、软件，经济效益，自动控制
　　
　　　　河南省世纪金源化工有限公司的前身是河南省息县化肥厂，是一个有着30多年历史的国营小氮肥企业，企业年产合成氨能力八万多吨、尿素十二万多吨、甲醇五万吨。二零零五年六月根据国家国营企业改制政策，企业由国营转变为私营，改组为河南省世纪金源化工有限公司。新公司成立后加大了技改力度，先后投资1个亿多元，启动了年产30万吨合成氨联产10万吨甲醇、30万吨尿素技改项目，截止到2005底，一期工程也顺利竣工投产，甲醇生产能力也由原来的5万吨提高到现在的10万吨。在这次技改中成功实现了老的DCS系统与新系统合并运行。2005年12月顺利投产，一次开车成功。经过几个月以来的运行，运行稳定、操作方便、安全可靠,深受广大生产及操作、技术人员的欢迎与好评。
　　
　　一 、两套控制系统的构成
　　　　我们所采用的这两套系统都是北京思创系统工程公司所开发的IS8000甲醇控制系统，这两套控制系统所采用的控制器以及其上下位机之间的通讯方式不同。
　　　　其中第一套控制系统IS8000是2004年12月投运，整个控制系统由通讯网络、操作站及控制站构成。操作站由二台配置相同的工业控制机组成，运行模式为服务器-----客户机模式，其中服务器除负责与控制器实时通讯、向客户机传输IO数据、报警、趋势记录之外，还负责监控软件的编程、组态以及监控软件的运行等，服务器除操作站功能之外还兼工程师站功能；另一台客户机作为操作站，常规情况下只允许用于监控软件的运行，进行过程控制、监控；服务器与客户机可以随时进行转换，但当服务器出现故障时，客户机可以在很短的时间内改为服务器模式或单机运行模式。
　　
　　1、具体硬件配制如下：
　　－DELL Dimension4600
　　－奔腾4处理器2.88GHz
　　－512M DDR内存,80G高速硬盘
　　－操作系统为正版Windows 2000中文版
　　－16XDVD光驱,
　　－10M/100M以太网卡
　　－PCISA7520 ：RS485通讯卡
　　－22英寸1600X1200高分辨率的DELL显示器
　　－光电鼠标键盘及工业键盘
　　　　控制站包括两个基于RS485接口的I8817控制器和两个87K8扩展单元，两个控制器一主一从互为冗余，两个扩展单元插有10个台湾泓格8000系列模块，包括模拟量电流输入模块I87017模块2块、测温热电偶模块I87018模块3块、测温铂电阻模块I87013模块2块、模拟量电流输出模块I87024模块2块、无源开关量输入模块I87051模块1块，提供全部的数据采集及阀门PID控制功能。
　　　　本套控制系统的通讯网络是以两线制RS485总线为介质的通讯方式，两个I8817控制器的COM2口与两台工控机的PCI7520卡的第一口相连，接口为九针扁形接口，1针为正、9针为负。
　　
　　2、 软件配置
　　　　(1) 控制站组态软件采用ISAGRAF3.46版本，这是一种功能强大而又十分直观的图形化组态软件，用户可采用FBD(功能块图)、LD（梯形图）、ST（结构化文本）、SFC（顺控图）FC（流程图）、IL（指令表）六种符合IEC61131-3标准的编程和组态方式；能实现各种复杂的连续和逻辑控制方案，通过组态能实现故障诊断、数据采集、实时控制、仿真模拟等各种功能。通过安装台湾泓格ICP DAS Utilities For ISaGRAF补丁，组态全是模块化结构，简明易用、基于WINDOWS2000全中文操作系统，组态界面为中文菜单、简单易学。
　　　　(2) 监控软件采用澳大利亚的Citect5.0,性能卓越。该软件离线组态及实时运行均基于WINDOWS2000平台,用户界面十分友好，3D显示效果，使用得心应手，用于完成现场数据采集、图形显示、设备操作、报警、趋势记录、报表管理及打印功能。还可以与其它WINDOWS软件进行动态数据交换，实现数据分析、控制优化等，并且可以与其它管理级计算机构成全厂调度系统。下位机软件ISAGRAF通过FBUS功能块与上位机软件CITECT以MODBUS协议为通讯协议进行通讯。
　　　　第二套控制系统是根据生产需要新上一套Φ1400甲醇系统，通过一年来第一套IS8000甲醇控制系统的运行情况看，运行非常稳定，经济效益显著。为了更好的能将两套DCS并联运行，决定继续选用北京思创系统工程公司的IS8000甲醇控制系统。为了便于操作、节省投资，决定两套DCS共用操作站操作。其中控制站包括两个基于以太网结构的I8837控制器和一个87K8扩展单元，两个控制器一主一从互为冗余，扩展单元插有7个台湾泓格8000系列模块，包括模拟量电流输入模块I87017模块2块、测温热电偶模块I87018模块3块、测温铂电阻模块I87013模块2块、模拟量电流输出模块I87024模块2块。由于部分公共控制点在第一套DCS中已采集，所以在第二套中只需要采集控制新上设备上的仪表设备。
　　　　二套甲醇控制系统的通讯网络是以10M以太网为基础的的局域网（LAN）。系统的所有节点（操作站及控制器）均通过超五类屏蔽双绞线直接连接到8口10M/100M 集线器（HUB）上。简单灵活的网络结构可支持就地和远程操作站及控制设备。最多可以同时带6台操作站。其控制示意图如下：
　　
　　

　　
　　二、两套DCS合并运行的技术要点
　　　　由于这两套控制系统所采用的控制器不同，也就决定所使用的通讯协议不同。如何能将不同通讯协议的合并在同一个操作站上长周期稳定运行是一个难题。大家知道，工业生产稳定、安全、可靠是最至关重要的。因此上马一个项目，选型一套DCS首先要确保有利于安全生产。
　　　　合并这两套控制系统的难点主要体现在上位操作站如何利用两种不同的通讯协议读取来自两个不同的控制站上的数据，并实现对现场调节阀的控制。因此我们的做法是：
　　　　1、首先将四个控制器的地址改为1、2、3、4。因为在同一套控制系统中，控制器的地址绝对不能相同，否则控制器发生冲突导致控制系统无法正常运行；由于第一套控制系统的两个控制器的地址为1、2，因此第二套控制系统的两个控制器地址只能设为3、4；
　　2、相对于操作站来说，两个控制站是分别独立的。因此我们根据不同的控制器特点用ISAGRAF3.46编写两套下位程序，按照输入、输出类型分配好各控制点的地址，编译后分别按主、从控制器下载到各控制器中，这一步与常规的下位组态相同；
　　3、下面最关键的是上位操作站程序的组态，我们这次还是采用澳大利亚的Citect5.0作为上位监控软件，通过查资料我们知道CITECT5.0不仅支持基于RS485结构的MODBUS协议，而且支持基于以太网的TCP/IP（MODNET）协议。因此我们在建立通讯时要建两个I/O SERVER：一个对应I8817控制器添加两个主、从I/O DEVICES用MODBUS协议；一个对应I8837控制器添加两个主、从I/O DEVICES用MODNET协议，还要注意所设的IP地址、子网掩码、网关要与I8837控制器的保持一致。然后根据不同的控制系统上的仪表控制点添加CITECT变量。由于两套甲醇所用有部分公共设备，所以有部分仪表控制点也相同，因此在组态操作画面时相同的控制点在不同的画面里可以同时引用。
　　
　　三、两套控制系统合并后的使用效果
　　　　经过几个月的设备安装已具备并系统的条件，事前又开专业人员会制定并系统方案，对可能出现的问题制定出紧密处理预案，决定采取在第一套甲醇不停车的情况下进行并系统。这样虽然冒些较大风险，但可以避免停车造成的直接经济损失。经过多方筹备，于2005年12月3日进行并系统，经过近一个小时的调试，成功的将第二套DCS并入系统，并使Φ1400甲醇系统成功开车、顺利投产，开创了我厂有史以来新增工段DCS不停车无扰动并系统的先例，经过近三个多月以来的运行, 合并后的甲醇控制系统以其稳定高效的特性深受广大生产及操作、技术人员的欢迎与好评。
　　(1) 该系统功能齐全、自动化程度高
　　该系统的投运使我厂甲醇的装置水平达到了国内先进水平,它实现了温度、压力、液位等的自动控制与调节。通过设置工艺指标的高、低限报警，及时提醒了操作人员对工艺指标的超前控制，有利于优化操作。通过对流量的标准累计，为每天的产量提供了准确的计量；
　　(2) 系统运行安全可靠
　　该系统自投运以来,一直运行稳定、安全可靠,因为其从控制站、操作站以及通讯真正做到全方位的冗余,所以为系统安全、可靠的运行提供了保障。基于RS485的客服模式，即使服务器出现问题，客户机也可以在很短的时间内改为服务器或单机运行模式，这并不影响基于以太网结构的另一套的运行安全。
　　(3) 该系统的投运为甲醇的稳产、优质提供了重要保证
　　系统投运后,不仅降低了整个合成氨系统的压力，也减轻了变换、精炼工段的负荷，由于目前前工段气量不足，现日产基本上稳定在120吨左右,并达到两氨平衡,而且粗醇浓度最高可以达到95%以上。使我厂向产品的多元化的发展迈出了一大步；
　　(4) 使资源得到合理利用，提高了劳动效率，降低了劳动强度
　　按照以往的惯例，新上一个工段就必须要新增一套DCS、就要每班增加两名操作工，四个班就要增加四名操作人员，而我们成功的将两套DCS整合，不仅节省了两台操作站，节省了投资；而且不需要增加的操作人员，使资源得到了合理的利用，提高了劳动效率；由于实现了生产全过程的自动控制与监视,大大减轻了岗位操作量，操作工再不需要频繁地到现场开关阀门,只需坐在操作室,轻轻地拖动鼠标即可完成全过程的操作与监视，降低了工人的劳动强度。
　　
　　四、控制系统合并需要注意的几个问题
　　　　由于我们在合并系统之前经过了充分的准备，所以整个过程都很顺利，但并不是所有的控制系统都能合并在一起运行，也打算这么做的同仁们需要注意以下几个问题：
　　（1）所选用的组态软件是否支持所采用的控制器的通讯协议；
　　（2）注意控制系统所采用的控制器的地址是否冲突，所采用的控制器是否支持并联运行，在向上位操作站传送数据时是否有优先级；
　　（3）注意上、下位组态软件的编程方式，所建立变量的地址格式。并要上、下位之间的地址、变量要确保一一对应；
　　（4）在决定合并系统之前要确保上、下位程序都经过可靠的调试，如也采取不停车并系统，就必须与生产、安全各部门密切联系，制定出各种预案，确保万无一失。
　　 通过我们成功的案例可以看出，只要事前有充分的准备，小心操作，不停车并系统是完全可以做到的，2005年12月底我们又成功的将35吨吹风气余热回收工段并入12万吨脱硫DCS中，并且是在脱硫工段不停车的情况下进行的。
　　
　　五、经济效益分析
　　(1) 两套控制系统整合在一起，节省了两台操作站，软硬件投资直接效益至少5万元，以及维修费用等；
　　(2) 两套控制系统合并在一起节省8名操作人员，一年少支付人员工资按平均800元/人月×8人×12个月=76800元；
　　（3）不停车成功将两套系统合并运行，避免了一次生产波动，确保了生产的稳定，直接间接效益至少在10万元以上；
　　（4）工艺指标得了优化,提高了工艺指标的合格率以及车间的管理水平,减少了事故的发生,保证了甲醇装置长周期、高负荷、安全稳定运行,达到了节能降耗的目的，因此也达到了保护甲醇触媒的目的。通过近期来看，该系统投运后，精炼、合成系统压力下降了2Mpa多，降低了压缩机的负荷，节约了电耗；由于提高了变换工段后CO指标，也改善了变换工段的操作条件，减少了正面蒸汽的添加量,吨氨较以前节约了蒸汽200Kg左右；提高了氢氮气的净化质量，目前出甲醇后CO百分含量为0.4%左右，降低了精炼的负荷，较以前少开一台的铜泵，节约了电耗吨氨电耗较以前下降150度左右；两套甲醇系统同时运行，甲醇产量较以往也有了很大提高，现在日产都在120吨以上，并且随着生产负荷的不断加大，产量可提高的潜力很大；同时,提高了企业的自动化水平和生产管理水平,生动直观的操作画面,使操作人员监视和操作都比较方便,减轻了操作人员的劳动强度,改善了操作环境与操作条件,促进了职工文化素质的提高。
　　(4) 两套甲醇控制系统的成功投运,每年可产生经济效益约2000万元左右。

提供：和本华