【摘要】
本文通過簡要介紹濟鋼焦化廠數(shù)字化離線控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，并對現(xiàn)場總線及DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成做了簡單敘述，重點對系統(tǒng)配置、通訊系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)等進行了分析，說明了其設(shè)計思路及技術(shù)特點。
【關(guān)鍵詞】
現(xiàn)場總線 PROFIBUS DCS 數(shù)字化 離線控制
1．引言
現(xiàn)代焦化企業(yè)，特別是大型焦化企業(yè)，其復(fù)雜程度越來越高，對這樣的復(fù)雜工藝的操作、控制和檢修的要求也越來越高。傳統(tǒng)的DCS由于其信息只限于過程測點，造成大量設(shè)備管理信息和維修信息的缺失，因此很難對工藝的優(yōu)化操作、優(yōu)化檢修起到有效的指導(dǎo)作用。
基于數(shù)字化離線控制技術(shù)的儀控系統(tǒng)，憑借其強大的現(xiàn)場總線支持功能和日益豐富的智能儀表和設(shè)備，將傳統(tǒng)DCS信息采集、診斷監(jiān)控范圍大大擴展，從而可以有效地獲取現(xiàn)場設(shè)備的管理和維修信息，通過高速通信網(wǎng)絡(luò)，這些信息可以送到SIS等上層軟件，對企業(yè)的優(yōu)化操作和優(yōu)化維修進行進一步的指導(dǎo)。
本文將重點介紹濟南鋼鐵集團總公司焦化廠，并結(jié)合該廠在數(shù)字化離線控制技術(shù)方面的應(yīng)用，對數(shù)字化離線控制技術(shù)做初步探討。
2．濟鋼焦化廠簡介
位于山東濟南的濟鋼焦化廠隸屬于濟南鋼鐵集團總公司，始建于1958年7月，現(xiàn)有職工1440人,年產(chǎn)焦炭280萬噸。除為濟南鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)提供冶金焦炭外，還生產(chǎn)煤焦油、工業(yè)萘、焦化甲苯、焦化二甲苯、硫酸銨、混合油、洗油、煤瀝青、焦爐煤氣等20余種化工產(chǎn)品。濟鋼焦化廠生產(chǎn)系統(tǒng)包括5座 JN43-80型焦爐、兩座JN60-6型 焦爐，以及配套的備煤、干熄焦和化產(chǎn)回收與精制系統(tǒng)。濟鋼焦化廠始終致力于焦化工藝技術(shù)的進步，不斷探求新技術(shù)、新裝備在焦化工藝中的應(yīng)用。在生產(chǎn)操作上廣泛的采用了集中控制技術(shù)。備煤、煉焦、干熄焦、化產(chǎn)回收、制冷等系統(tǒng)的操作全部采用計算機遠程操作，重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，推焦計劃的編制均由計算機控制，有效的降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)操作的準確性。
該廠自動化系統(tǒng)范圍涵蓋傳統(tǒng)意義上的DCS、DEH、變送器、智能高中壓配電系統(tǒng)、智能低壓配電系統(tǒng)、電磁閥、閥門定位器、電動執(zhí)行機構(gòu)、MIS、SIS及主控室設(shè)計。
儀控系統(tǒng)中DCS系統(tǒng)大量采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)及HART協(xié)議，通過現(xiàn)場總線等方式，將智能儀表、執(zhí)行機構(gòu)、高低壓智能保護裝置及電磁閥等接入主DCS，同時現(xiàn)場設(shè)備的管理，設(shè)備維修信息等通過現(xiàn)場總線進入DCS和上層SIS、MIS軟件，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及優(yōu)化維修管理，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)了集中控制。
3．系統(tǒng)配置
圖1 系統(tǒng)配置圖 濟鋼焦化廠DCS控制系統(tǒng)配置如圖1所示。系統(tǒng)共分三個層次，即：操作管理層、過程控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。操作管理層集成了SIS、MIS和ERP功能，通過實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀況和設(shè)備的狀態(tài)，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔管理、設(shè)備狀態(tài)檢修管理、報表管理等。過程控制層包括多對冗余的控制單元DPU、工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)等，DPU實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)，并提供與管理層和現(xiàn)場智能設(shè)備層的接口，現(xiàn)場設(shè)備層包括遠程智能I/O，帶PROFIBUS總線接口的智能設(shè)備，如：執(zhí)行機構(gòu)、變送器、智能控制器等。操作管理層與過程控制層通過高速工業(yè)以太網(wǎng)相連，過程控制層與現(xiàn)場設(shè)備層通過PROFIBUS現(xiàn)場總線相連，通訊速率可達100M。
3.1系統(tǒng)配置特點 DCS系統(tǒng)包括6000余個模擬量輸入、模擬量輸出點382個，流量計輸入點265個，開關(guān)量輸入860個，開關(guān)量輸出420個，這些信號中采用常規(guī)信號的，通過ABB的AC800F遠程I/O進行采集并通過PROFIBUS－DP與DPU相連，采用HART協(xié)議的儀表通過HART協(xié)議與遠程I/O通訊。除此而外，整個系統(tǒng)包括320個電磁閥、300個閥門定位器、200多臺氣（電）動執(zhí)行機構(gòu)，這些智能設(shè)備均通過PROFIBUS－DP與DPU相連。
DCS與現(xiàn)場設(shè)備的連接方式根據(jù)距離和環(huán)境有兩種，即光纖連接和屏蔽雙絞線連接。
3.2使用數(shù)字化離線操作技術(shù)帶來的好處 濟鋼焦化廠使用數(shù)字化離線控制技術(shù)帶來的好處可以歸納如下：
在技術(shù)層面上，由于在DCS系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線PROFIBUS，PROFIBUS的屏蔽雙絞線和光纖大大提高了系統(tǒng)信號的抗干擾能力，提高了系統(tǒng)整體可靠性，同時現(xiàn)場總線的使用，也使得從熱工過程到系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)減少，系統(tǒng)整體精度提高；另外現(xiàn)場總線預(yù)制電纜的使用，大大減少了傳統(tǒng)手工作業(yè)的鏍釘端子數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)的整體安全性。
在運行層面上，由于采用PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)，系統(tǒng)的監(jiān)控范圍從傳統(tǒng)的系統(tǒng)端子排擴展到全廠，真正實現(xiàn)了全廠監(jiān)控，同時由于可方便采集設(shè)備的管理、診斷及維修信息，使系統(tǒng)具有完善有效的設(shè)備診斷功能，真正實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的遠程編程和維護，真正實現(xiàn)了全廠數(shù)據(jù)的集中管理，使設(shè)備的狀態(tài)檢修成為可能，提供更多的設(shè)備信息使操作和維護得到優(yōu)化。
4．小結(jié) 使用數(shù)字化離線控制技術(shù)后，由于大量設(shè)備管理信息（如設(shè)備KKS編號、設(shè)備版本號等）及設(shè)備診斷維修信息（如設(shè)備故障狀態(tài)、設(shè)備累計運行時間、設(shè)備累計啟停次數(shù)等）通過現(xiàn)場總線進入DCS并進一步到上層SIS等軟件，因此對DCS提出了新的要求?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，因其在系統(tǒng)設(shè)計方面重點考慮了對現(xiàn)場總線的支持（如集成接口等）和更多信息的處理（如1000M網(wǎng)絡(luò)，大容量冗余服務(wù)器技術(shù)等）能夠滿足數(shù)字化企業(yè)技術(shù)上的要求。
數(shù)字化離線控制技術(shù)，其核心是現(xiàn)場總線技術(shù)。PROFIBUS以其開放性、寬廣的應(yīng)用適應(yīng)性（適合智能儀表和智能電氣設(shè)備）和廣泛的智能設(shè)備和儀表支持，獲得了快速的發(fā)展，在全球已有超過1300萬節(jié)點。而其新一代產(chǎn)品，基于工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET更可將工業(yè)以及網(wǎng)延伸到現(xiàn)場設(shè)備級。
數(shù)字化離線控制很重要的組成部分是上層組態(tài)及顯示控制等應(yīng)用軟件，上位系統(tǒng)只有對通過現(xiàn)場總線送上的各種設(shè)備管理和診斷維修信息進行有效處理，才能對整個企業(yè)生產(chǎn)的操作運行、管理和維護維修起到指導(dǎo)和促進作用。
在濟鋼焦化廠的數(shù)字化離線控制系統(tǒng)投入運行后，其穩(wěn)定性以及人機界面的友好和豐富的控制功能均比原來的控制系統(tǒng)提高很多，得到了工藝人員和自控維護人員的好評，為實現(xiàn)焦化工藝的穩(wěn)定運行和周邊環(huán)境的改善提供了保障。但在這期間也發(fā)現(xiàn)了某些問題，以期在后期維護手段跟上的時候進行對此進一步的完善。其一，主控人員的素質(zhì)。離線控制要求主控人員既要掌握工藝生產(chǎn)的全況，又要了解現(xiàn)場儀表的運行狀況，還要熟知計算機操作的基本知識，所以對于主控人員的素質(zhì)要求較高，短時間內(nèi)主控人員還不能達到這個要求。其二，現(xiàn)場儀表的可靠性有待檢驗，全過程離線操作要求現(xiàn)場儀表具有高可靠性及高穩(wěn)定性，但由于焦化企業(yè)環(huán)境的特殊性，大部分介質(zhì)具有強腐蝕性的特點，因此現(xiàn)場儀表的可靠性與否有待檢驗。
總之，濟鋼焦化廠在成功應(yīng)用數(shù)字化離線控制技術(shù)以后，無論從勞動效率、工人的勞動環(huán)境方面都較以往有了較大程度的改善，特別是在年產(chǎn)量翻一番的情況下，基本沒有增員，創(chuàng)造了同類焦化企業(yè)的先河。
