摘 要：本文介紹了ABB的DCS和羅斯蒙特的3051s FF儀表在甲醇生產(chǎn)工藝過程中的應(yīng)用。作者簡介了甲醇生產(chǎn)的工藝流程姿现、DCS和FF儀表的構(gòu)成、特點及技術(shù)要求异旧；重點描述了該甲醇生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試提佣，包括控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)吮蛹、采用Control Builder F（V7．1版本）軟件平臺的系統(tǒng)組態(tài)拌屏、儀表功能塊的組態(tài)和程序加載調(diào)試過程术荤。
關(guān)鍵詞：ABB DCS每篷；羅斯蒙特FF儀表；甲醇生產(chǎn)工藝流程挥痊；過程控制建搞；系統(tǒng)組態(tài)

Application of ABB DCS and Rosem ount FF Instruments in the Carbinol Productive Process

Abstract：the paper deals with the application of ABB distributed control system fDCS）and Rosemount FF instruments in thetechnological Drocess of carbinol production．The author briefly introduces the technological flow猎肄，composition，features and technicalrequirements of DCS and FF instruments浮烫，with the emphasis on the description of design and debugging of the process control systemof carbinol DrodUCtion揉民，including the architecture of the control system，system configuration of using Control Builder F （V7．1）soft—ware platform鼎嫉，the configu ration of instrument function blocks and the program loading and debugging process
Keywords：ABB Distributed Control System诉濒；Rosemount Instruments with Foundation Fieldbus夕春；Technological Process forCarbinol—making；Process Control片排；System Configu ration
1甲醇生產(chǎn)的工藝流程
　　以天然氣為主要原料速侈，輔助二氧化碳加壓催化氫化制甲醇是目前工業(yè)上普遍采用的方法倚搬，以天然氣加二氧化碳為原料反應(yīng)原理：3CH4+2H20+C02→4CH3OH冶共。
　　典型的流程包括：原料氣制造，原料氣凈化每界，甲醇合成眨层，初甲醇精餾等工序故弟。整個工藝可以分為若干個工段：大氣壓縮噪怜，原料氣精脫硫鸟焊，原料氣轉(zhuǎn)換工段藕龄，轉(zhuǎn)化氣壓縮，蒸汽制造忧埠，蒸汽冷凝元丈，甲醇合成，初甲醇精餾哼御，火炬焊唬，CO2制氣赶促，引風機透平一潤滑油站，鍋爐給水一潤滑油站等工段嗦哆。
2 ABB DCS系統(tǒng)和Rosemount FF儀表
2．1 ABB的DCS系統(tǒng)簡述
　　自上個世界80年代DCS問世以來吝秕，集散控制系統(tǒng)在近30年的發(fā)展過程中逐步完善空幻、成熟，并在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位挤毯。其基本思想是分散控制集中管理两漫。ABB DCS系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是上、下位機系統(tǒng)及其通信網(wǎng)絡(luò)席栅，上位機稱為操作站拔灾、工程師站或操作站與工程師站共用继锰，操作站實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制操作及窃、過程狀態(tài)顯示、報警狀態(tài)顯示诗舰、歷史數(shù)據(jù)的收集和各種趨勢顯示及報表生成與打印等始衅；工程師站用來對軟件組態(tài)汛闸、系統(tǒng)生成與下裝程序等艺骂。下位機稱為現(xiàn)場控制站钳恕，它也是一個小型的PC系統(tǒng)忧额，除了CPU，存儲器咆杯，通訊卡等設(shè)備以外称海，還附帶有各種擴展卡件。現(xiàn)場控制站是對現(xiàn)場物理信號（包括開關(guān)信號辰丛，模擬量信號）進行實時采集并進行數(shù)據(jù)處理向酝、控制運算村肯，并將結(jié)果傳送到上位機；系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負責各種功能站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)系。
2．2 FF總線及其儀表簡述
　　現(xiàn)場總線技術(shù)是上個世紀8O年代誕生的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)夹姥，它不僅包含有過程控制信息交換辙售，而且還包含設(shè)備管理信息的交流旦部。通過現(xiàn)場總線士八，各種智能設(shè)備（智能變送器婚度、調(diào)節(jié)法蝗茁、分析儀和分布式I／0單元）可以方便地進行數(shù)據(jù)交換泊术，過程控制策略可以完全在現(xiàn)場設(shè)備層次上實現(xiàn)沃菩，經(jīng)歷十多年的發(fā)展，國際上成立了現(xiàn)場總線基金會（FieldbusFoundation睬肮，F(xiàn)F）伐薯，致力于開發(fā)國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。目前诡岂，使用較多的現(xiàn)場總線主要是基金會現(xiàn)場總線（FF總線）和PROFIBUS現(xiàn)場總線骏芍。應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)可以將各種分布在控制現(xiàn)場的相關(guān)智能設(shè)備和I／0單元方便地連接在一起，構(gòu)成控制系統(tǒng)登鄙，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為DCS發(fā)展的趨勢既憔。
　　FF的體系結(jié)構(gòu)參照ISO／OSI模型的第1、2骤公、7層協(xié)議抚官，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層阶捆，另外增加了用戶層凌节。FF提供兩種物理標準：Hl和H2。本文介紹的Rosemount3051s現(xiàn)場總線儀表是基于Hl過程控制的低速總線洒试，速率為31．25kbps倍奢，傳輸距離分為200m、400m垒棋、1200m和1900m卒煞。H2的傳輸速率可為1Mbps和2．5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m叼架。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線畔裕、同軸電纜和光纖，協(xié)議符合IEC1158—2標準乖订。
2．3對DCS系統(tǒng)及FF儀表的技術(shù)要求
　　甲醇的制造危險系數(shù)是極高的扮饶，從工藝氣進入到管道開始，一直到精甲醇產(chǎn)品的生成垢粮，整個工藝所產(chǎn)生的物質(zhì)都具有可燃性淫蜕，生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險抬奠，在這一領(lǐng)域中對基于現(xiàn)場總線的新型控制系統(tǒng)提出了更高的要求肩检。
　　1）要有完備的防爆保護措施，以保證在爆炸危險環(huán)境中生產(chǎn)過程的絕對安全蚓绞。
　　2）系統(tǒng)本身要有很高的可靠性泉疆，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
　　3）對應(yīng)“連續(xù)過程”這一特點雌吱，控制系統(tǒng)要有處理模擬數(shù)據(jù)的能力滑攘。
　　4）所有現(xiàn)場設(shè)備可以在線插拔，而不影響系統(tǒng)的正常工作盼蝴。
　　5）系統(tǒng)實時加載穩(wěn)定超璧，通訊正常隙趣。
　　這就要求控制系統(tǒng)要智能化、靈敏化嘴缓，以避免危險發(fā)生旱万，一旦出現(xiàn)事故，也要把事故危險系數(shù)降到最低吐句。ABB DCS系統(tǒng)設(shè)計具有極高的優(yōu)越性胁后，操作員站出現(xiàn)故障可以利用工程師站操作；工程師站和操作員站可以相互更換嗦枢，保證上位機的可操作性攀芯；下位機做冗余設(shè)計，卡件可以即插即用文虏，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性侣诺；下設(shè)安全保護系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的靈敏度等等諸多優(yōu)點氧秘，加上FF總線儀表的使用使DCS變成新型的全分布式結(jié)構(gòu)紧武，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場設(shè)備，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備本身實現(xiàn)基本控制功能敏储，即使上位機和下位機出現(xiàn)故障，只要通訊正常朋鞍，就能維持現(xiàn)場儀表（FF儀表）的正常工作已添，擺脫了儀表本身對于系統(tǒng)的依賴，而且組態(tài)參數(shù)更改后加載不會引起資源中斷（除非更改變量名滥酥，也就是更改了數(shù)據(jù)庫）鹰觅，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3 甲醇過程控制系統(tǒng)設(shè)計
3．1系統(tǒng)的構(gòu)成
　　根據(jù)控制點可以設(shè)立兩個冗余現(xiàn)場控制站棍丽，甲醇生產(chǎn)DCS系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1田蝠、圖2所示。

　　甲醇生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計為：上位機7臺慈翔，分別為工程師站权塑，廠長室，調(diào)度室和4臺操作員站因镊，其中4臺操作員站可以按工段來分配托茅，比如說1#操作員站只能操作原料氣制造及相關(guān)輔助設(shè)備部分，2#操作員站只能操作原料氣凈化及相關(guān)輔助設(shè)備部分晋劫，如此類推层焚，每臺計算機都可以顯示各個工段流程畫面，但只能操作各自工段的設(shè)備怎机；下位機可設(shè)計為冗余的兩對現(xiàn)場控制站岸腔，以及安全保護系統(tǒng)站等。
3．2 過程控制系統(tǒng)組態(tài)
　　程序組態(tài)使用ABB Industrial IT系統(tǒng)下的Control Builder F編程組態(tài)軟件（V7．1或以上版本），否則將會不支持FF協(xié)議而無法組態(tài)脑溢。組態(tài)步驟：
　　1）打開CBF程序僵朗，建立以Yanshi為程序名的程序
　　2）組態(tài)硬件結(jié)構(gòu)：先指定資源，再插入相關(guān)的卡件焚志，包括電源模塊SA801衣迷，以態(tài)網(wǎng)卡件E1803，F(xiàn)F／HSE模塊F1840酱酬，見圖3壶谒。

　　3）HSE硬件組態(tài)
　　通過“庫”導(dǎo)入相應(yīng)的HSE性能文件后，可以在庫里找到相關(guān)的設(shè)備性能文件膳沽，然后通過插入硬件即可汗菜，最后需要在協(xié)議對象里設(shè)置I／O信號，但要注意的是I／O編輯菜單里有使用（英文Usage）選擇方法是：顯示儀表要求選擇“FF—EIC61131”挑社，可以理解為FF現(xiàn)場總線符合國際電工委員會61131協(xié)議陨界；控制儀表要求選擇“EIC61131一FF"，可以理解為現(xiàn)場的儀表要接受H1送來的信號痛阻，定義標簽菌瘪，設(shè)置數(shù)據(jù)類型，信號起止音拢，要注意的是FF信號只能唯一莱芥。
　　定義信號源：信號源有H1和HSE兩種，現(xiàn)場儀表是采集數(shù)據(jù)輸送到系統(tǒng)丈蛇，則源于H1娩证，反之是源于HSE輸送到現(xiàn)場儀表，對應(yīng)于FF與EIC61131抬宽，見圖4隐睹。

　　　　4）現(xiàn)場儀表的組態(tài)首先要往庫里面導(dǎo)入儀表的硬件識別文件后才能找到相關(guān)的儀表設(shè)備，再在H1鏈接下硝僻，插入儀表鹿脯，儀表的IP地址會自動從20開始排列⊙悸遥總線地址可以更改悍蔫，理論上一根總線上可以掛15塊總線儀表，但出于電源負荷及通訊考慮橱奶，最好不要超過12塊盯桦。儀表設(shè)置優(yōu)化，H1設(shè)定“建議”優(yōu)化渤刃，以上數(shù)據(jù)除灰色背景數(shù)據(jù)不能修改外拥峦，其他數(shù)據(jù)都可以修改贴膘，但采用建議數(shù)據(jù)最優(yōu)，這一步很重要略号，涉及到儀表內(nèi)部的參數(shù)設(shè)置刑峡。
　　然后在H1鏈接里插入功能塊應(yīng)用圖，通過連接的設(shè)備找到相關(guān)的儀表玄柠，每塊儀表在下拉菜單里找到用戶要使用的功能塊突梦，對應(yīng)的儀表連接到對應(yīng)的FF信號，要注意：1羽利、FB庫里的功能塊非儀表內(nèi)部功能塊宫患，所以不能使用；2这弧、儀表功能塊只能使用一次娃闲，也只能在本儀表里選擇導(dǎo)人，每個功能塊導(dǎo)人以后自身會變成灰白色匾浪，見圖5逛徽。

3．3 儀表功能塊的組態(tài)
　　儀表功能塊的設(shè)備要選擇儀表，找到其功能塊蚜烹，對功能塊進行參數(shù)設(shè)置穗免，一般要設(shè)置量程，單位报案，功能塊類型等络跷，Rosemoun3051s現(xiàn)場總線儀表的功能塊的類型很多，如有源功能塊（Re—soureceBlock）谴眶，傳感器功能塊（TancducerBlock），功能功能塊（FunctionBlocko源功能塊只有一塊池致，設(shè)置設(shè)備類型：3051Pres—sure或3051Tempreture等宰蘸，對應(yīng)選擇“關(guān)聯(lián)”參數(shù)11。
　　傳感器功能塊有3塊剥犯，主要作用是設(shè)置傳感器功能類型捂臣，主要參數(shù)有：傳感器量程范圍設(shè)置、單位設(shè)置邓星、表頭顯示參數(shù)的設(shè)置堡掏、報警點的設(shè)置等。功能功能塊設(shè)置通道功能刨疼、測量壓力泉唁、溫度等。
4程序加載及調(diào)試
　　程序檢查無誤后揩慕，在聯(lián)機調(diào)試狀態(tài)下加載程序亭畜，先對HSE鏈接設(shè)備初始地址指定扮休，再加載設(shè)備即可。如果對單塊儀表進行參數(shù)更改后拴鸵，可以只對單個儀表加載而不需要對整個HSE加載玷坠，這樣可以減少對系統(tǒng)的影響。加載后劲藐，在功能塊里可以直接通過鼠標連接八堡，看見實時采集到的數(shù)據(jù)，但要注意的是每次修改傳感器功能塊參數(shù)時聘芜，先要把功能塊選擇“服務(wù)無效”（Out Of Service兄渺，OOS），此項選擇“√”露揽，再更改參數(shù)专运，加載后，在線取消“√”即可屏部。這樣更改的原因是儀表本身功能塊有記憶功能壮畏，只有在服務(wù)無效的情況下才能對數(shù)據(jù)進行更改，正常儀表的顯示如圖6藐捉。

5 結(jié)束語
　　筆者親自設(shè)計铭歪、安裝并調(diào)試了河南藍天集團中原甲醇廠新上的甲醇生產(chǎn)項目，并第一次組態(tài)好了ABBDCS系統(tǒng)下的Rosemount305ls現(xiàn)場總線儀表氛玛。據(jù)了解搀薛，此系統(tǒng)也是第一次在化工行業(yè)下使用，而今后DCS系統(tǒng)有可能向FCS系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）的方向發(fā)展蹂勺，因為FCS順應(yīng)了自動化系統(tǒng)的發(fā)展潮流稻填，能更加滿足不斷發(fā)展的新技術(shù)和新工藝的需求。

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