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(guò)程中的應用。作者簡(jiǎn)介了甲醇生產(chǎn)的工藝流程、DCS和FF儀表的構成、特點(diǎn)及技術(shù)要求；重點(diǎn)描述了該甲醇生產(chǎn)過(guò)程控制系統的設計和調試，包括控制系統的結構、采用Control Builder F（V7．1版本）軟件平臺的系統組態(tài)、儀表功能塊的組態(tài)和程序加載調試過(guò)程。

　　關(guān)鍵詞：ABB DCS；羅斯蒙特FF儀表；甲醇生產(chǎn)工藝流程；過(guò)程控制；系統組態(tài)

　　1甲醇生產(chǎn)的工藝流程

　　以天然氣為主要原料，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，以天然氣加二氧化碳為原料反應原理：3CH4+2H20+C02→4CH3OH。

　　典型的流程包括：原料氣制造，原料氣凈化，甲醇合成，初甲醇精餾等工序。整個(gè)工藝可以分為若干個(gè)工段：大氣壓縮，原料氣精脫硫，原料氣轉換工段，轉化氣壓縮，蒸汽制造，蒸汽冷凝，甲醇合成，初甲醇精餾，火炬，CO2制氣，引風(fēng)機透平一潤滑油站，鍋爐給水一潤滑油站等工段。

　　2 ABB DCS系統和Rosemount FF儀表

　　2．1 ABB的DCS系統簡(jiǎn)述

　　自上個(gè)世界80年代DCS問(wèn)世以來(lái)，集散控制系統在近30年的發(fā)展過(guò)程中逐步完善、成熟，并在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導地位。其基本思想是分散控制集中管理。ABB DCS系統的典型結構是上、下位機系統及其通信網(wǎng)絡(luò )，上位機稱(chēng)為操作站、工程師站或操作站與工程師站共用，操作站實(shí)現控制系統的控制操作、過(guò)程狀態(tài)顯示、報警狀態(tài)顯示、歷史數據的收集和各種趨勢顯示及報表生成與打印等；工程師站用來(lái)對軟件組態(tài)、系統生成與下裝程序等。下位機稱(chēng)為現場(chǎng)控制站，它也是一個(gè)小型的PC系統，除了CPU，存儲器，通訊卡等設備以外，還附帶有各種擴展卡件?，F場(chǎng)控制站是對現場(chǎng)物理信號（包括開(kāi)關(guān)信號，模擬量信號）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并進(jìn)行數據處理、控制運算，并將結果傳送到上位機；系統的網(wǎng)絡(luò )負責各種功能站之間的數據通信和聯(lián)系。

　　2．2 FF總線(xiàn)及其儀表簡(jiǎn)述

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是上個(gè)世紀8O年代誕生的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，它不僅包含有過(guò)程控制信息交換，而且還包含設備管理信息的交流。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)，各種智能設備（智能變送器、調節法、分析儀和分布式I／0單元）可以方便地進(jìn)行數據交換，過(guò)程控制策略可以完全在現場(chǎng)設備層次上實(shí)現，經(jīng)歷十多年的發(fā)展，國際上成立了現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )（FieldbusFoundation，FF），致力于開(kāi)發(fā)國際上統一的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。目前，使用較多的現場(chǎng)總線(xiàn)主要是基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FF總線(xiàn)）和PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)。應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可以將各種分布在控制現場(chǎng)的相關(guān)智能設備和I／0單元方便地連接在一起，構成控制系統，這種結構已經(jīng)成為DCS發(fā)展的趨勢。

　　FF的體系結構參照ISO／OSI模型的第1、2、7層協(xié)議，即物理層、數據鏈路層和應用層，另外增加了用戶(hù)層。FF提供兩種物理標準：Hl和H2。本文介紹的Rosemount3051s現場(chǎng)總線(xiàn)儀表是基于Hl過(guò)程控制的低速總線(xiàn)，速率為31．25kbps，傳輸距離分為200m、400m、1200m和1900m。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。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜和光纖，協(xié)議符合IEC1158—2標準。

　　2．3對DCS系統及FF儀表的技術(shù)要求

　　甲醇的制造危險系數是極高的，從工藝氣進(jìn)入到管道開(kāi)始，一直到精甲醇產(chǎn)品的生成，整個(gè)工藝所產(chǎn)生的物質(zhì)都具有可燃性，生產(chǎn)過(guò)程復雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險，在這一領(lǐng)域中對基于現場(chǎng)總線(xiàn)的新型控制系統提出了更高的要求。

　　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(guò)程的絕對安全。

　　2）系統本身要有很高的可靠性，以保證數據的可靠傳輸。

　　3）對應“連續過(guò)程”這一特點(diǎn)，控制系統要有處理模擬數據的能力。

　　4）所有現場(chǎng)設備可以在線(xiàn)插拔，而不影響系統的正常工作。

　　5）系統實(shí)時(shí)加載穩定，通訊正常。

　　這就要求控制系統要智能化、靈敏化，以避免危險發(fā)生，一旦出現事故，也要把事故危險系數降到最低。ABB DCS系統設計具有極高的優(yōu)越性，操作員站出現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，保證上位機的可操作性；下位機做冗余設計，卡件可以即插即用，保證系統的穩定性；下設安全保護系統，增加了系統的靈敏度等等諸多優(yōu)點(diǎn)，加上FF總線(xiàn)儀表的使用使DCS變成新型的全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場(chǎng)設備，依靠現場(chǎng)智能設備本身實(shí)現基本控制功能，即使上位機和下位機出現故障，只要通訊正常，就能維持現場(chǎng)儀表（FF儀表）的正常工作，擺脫了儀表本身對于系統的依賴(lài)，而且組態(tài)參數更改后加載不會(huì )引起資源中斷（除非更改變量名，也就是更改了數據庫），保證了系統的穩定性。

　　3 甲醇過(guò)程控制系統設計

　　3．1系統的構成

　　根據控制點(diǎn)可以設立兩個(gè)冗余現場(chǎng)控制站，甲醇生產(chǎn)DCS系統的拓撲結構如圖1、圖2所示。

　　甲醇生產(chǎn)控制系統設計為：上位機7臺，分別為工程師站，廠(chǎng)長(cháng)室，調度室和4臺操作員站，其中4臺操作員站可以按工段來(lái)分配，比如說(shuō)1#操作員站只能操作原料氣制造及相關(guān)輔助設備部分，2#操作員站只能操作原料氣凈化及相關(guān)輔助設備部分，如此類(lèi)推，每臺計算機都可以顯示各個(gè)工段流程畫(huà)面，但只能操作各自工段的設備；下位機可設計為冗余的兩對現場(chǎng)控制站，以及安全保護系統站等。

　　3．2 過(guò)程控制系統組態(tài)

　　程序組態(tài)使用ABB Industrial IT系統下的Control Builder F編程組態(tài)軟件（V7．1或以上版本），否則將會(huì )不支持FF協(xié)議而無(wú)法組態(tài)。組態(tài)步驟：

　　1）打開(kāi)CBF程序，建立以Yanshi為程序名的程序

　　2）組態(tài)硬件結構：先指定資源，再插入相關(guān)的卡件，包括電源模塊SA801，以態(tài)網(wǎng)卡件E1803，FF／HSE模塊F1840，見(jiàn)圖3。

　　3）HSE硬件組態(tài)

　　通過(guò)“庫”導入相應的HSE性能文件后，可以在庫里找到相關(guān)的設備性能文件，然后通過(guò)插入硬件即可，最后需要在協(xié)議對象里設置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”，可以理解為FF現場(chǎng)總線(xiàn)符合國際電工委員會(huì )61131協(xié)議；控制儀表要求選擇“EIC61131一FF"，可以理解為現場(chǎng)的儀表要接受H1送來(lái)的信號，定義標簽，設置數據類(lèi)型，信號起止，要注意的是FF信號只能唯一。

　　定義信號源：信號源有H1和HSE兩種，現場(chǎng)儀表是采集數據輸送到系統，則源于H1，反之是源于HSE輸送到現場(chǎng)儀表，對應于FF與EIC61131，見(jiàn)圖4。

　　4）現場(chǎng)儀表的組態(tài)首先要往庫里面導入儀表的硬件識別文件后才能找到相關(guān)的儀表設備，再在H1鏈接下，插入儀表，儀表的IP地址會(huì )自動(dòng)從20開(kāi)始排列?？偩€(xiàn)地址可以更改，理論上一根總線(xiàn)上可以?huà)?5塊總線(xiàn)儀表，但出于電源負荷及通訊考慮，最好不要超過(guò)12塊。儀表設置優(yōu)化，H1設定“建議”優(yōu)化，以上數據除灰色背景數據不能修改外，其他數據都可以修改，但采用建議數據最優(yōu)，這一步很重要，涉及到儀表內部的參數設置。

　　然后在H1鏈接里插入功能塊應用圖，通過(guò)連接的設備找到相關(guān)的儀表，每塊儀表在下拉菜單里找到用戶(hù)要使用的功能塊，對應的儀表連接到對應的FF信號，要注意：1、FB庫里的功能塊非儀表內部功能塊，所以不能使用；2、儀表功能塊只能使用一次，也只能在本儀表里選擇導人，每個(gè)功能塊導人以后自身會(huì )變成灰白色，見(jiàn)圖5。

　　3．3 儀表功能塊的組態(tài)

　　儀表功能塊的設備要選擇儀表，找到其功能塊，對功能塊進(jìn)行參數設置，一般要設置量程，單位，功能塊類(lèi)型等，Rosemoun3051s現場(chǎng)總線(xiàn)儀表的功能塊的類(lèi)型很多，如有源功能塊（Re—soureceBlock），傳感器功能塊（TancducerBlock），功能功能塊（FunctionBlocko源功能塊只有一塊，設置設備類(lèi)型：3051Pres—sure或3051Tempreture等，對應選擇“關(guān)聯(lián)”參數11。

　　傳感器功能塊有3塊，主要作用是設置傳感器功能類(lèi)型，主要參數有：傳感器量程范圍設置、單位設置、表頭顯示參數的設置、報警點(diǎn)的設置等。功能功能塊設置通道功能、測量壓力、溫度等。

　　4程序加載及調試

　　程序檢查無(wú)誤后，在聯(lián)機調試狀態(tài)下加載程序，先對HSE鏈接設備初始地址指定，再加載設備即可。如果對單塊儀表進(jìn)行參數更改后，可以只對單個(gè)儀表加載而不需要對整個(gè)HSE加載，這樣可以減少對系統的影響。加載后，在功能塊里可以直接通過(guò)鼠標連接，看見(jiàn)實(shí)時(shí)采集到的數據，但要注意的是每次修改傳感器功能塊參數時(shí)，先要把功能塊選擇“服務(wù)無(wú)效”（Out Of Service，OOS），此項選擇“√”，再更改參數，加載后，在線(xiàn)取消“√”即可。這樣更改的原因是儀表本身功能塊有記憶功能，只有在服務(wù)無(wú)效的情況下才能對數據進(jìn)行更改，正常儀表的顯示如圖6。

　　5 結束語(yǔ)

　　筆者親自設計、安裝并調試了河南藍天集團中原甲醇廠(chǎng)新上的甲醇生產(chǎn)項目，并第一次組態(tài)好了ABBDCS系統下的Rosemount305ls現場(chǎng)總線(xiàn)儀表。據了解，此系統也是第一次在化工行業(yè)下使用，而今后DCS系統有可能向FCS系統（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統）的方向發(fā)展，因為FCS順應了自動(dòng)化系統的發(fā)展潮流，能更加滿(mǎn)足不斷發(fā)展的新技術(shù)和新工藝的需求。