1.概述

    新加坡金鷹集團旗下的山東亞太森博漿紙有限公司新建項目是目前世界上最大的單線(xiàn)制漿和堿回收工廠(chǎng)，全廠(chǎng)過(guò)程控制使用了霍尼韋爾公司的最新一代DCS系統Experion®過(guò)程知識系統PKS310，該系統以Experion為平臺，把過(guò)程控制及安全系統集成為一個(gè)單一且統一的整體。整套系統大量應用了冗余C300 控制器、Profibus、Hart總線(xiàn)及霍尼韋爾公司專(zhuān)利的容錯以太網(wǎng)技術(shù)，總的IO數量雖然眾多，但系統仍然保留了足夠的擴展空間，更為獨特的是根據不同的控制需求，該系統也集成了霍尼韋爾HC900混合控制器的應用，是目前霍尼韋爾過(guò)程控制系統在國內漿紙行業(yè)最大的項目。

    2．HC900混合控制器簡(jiǎn)介

    霍尼韋爾HC900 混合控制器是一種先進(jìn)的回路及邏輯混合型控制單元，采用模塊化設計，滿(mǎn)足各種過(guò)程處理設備對于控制和數據管理的需要。這種混合設計，為用戶(hù)提供了過(guò)程控制非常理想的解決方案。同時(shí)，由于采用開(kāi)放的以太網(wǎng)連接及Modbus TCP 協(xié)議，可采用各種第三方HMI/SCADA 軟件實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接入。

    本文主要介紹項目中使用的C70R冗余控制器結構。

    2.1 HC900硬件結構介紹

    2.1.1 C70R 冗余控制器

    HC900控制器的CPU包括用于非冗的C30 、C50、C70及用于冗余的C70R。

    完全冗余HC900 控制器由兩個(gè)互為主從的C70R 控制器模塊、可由兩路獨立供電的雙電源模塊、冗余控制器切換模塊、不帶本地I/O的單獨機架組成，通過(guò)冗余控制器切換模塊（RSM）上的一個(gè)鑰匙開(kāi)關(guān)也可以手動(dòng)改變主從C70R 控制器的運行模式實(shí)現工作狀態(tài)和工作模式的切換。

    HC900混合控制器提供開(kāi)放的以太網(wǎng)通訊，可以通過(guò)PKS的SCADA與實(shí)時(shí)數據庫連接到一起。C70R提供冗余以太網(wǎng)端口，與C300控制器點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)時(shí)通訊及遠程IO實(shí)時(shí)通訊。C70R模塊使用雙重掃描模式，用于處理快速數字掃描和常規模擬輸入掃描，在常規掃描期間執行的功能模塊與模擬輸入測量同步，最高刷新速率為500ms。非冗余控制器，快速掃描功能模塊的最高更新速率為27ms。對冗余于控制器，最高更新速率為53ms。

    HC900 C70R 控制器模塊使用閃存卡保存組態(tài)程序，用電池后備RAM存儲器來(lái)存儲動(dòng)態(tài)數據，以便在電源中斷的情況下，實(shí)現數據的完全恢復。

    在HC900 控制器上電以后，第一個(gè)可用的C70R 控制器模塊便為主控制器，主控制器實(shí)時(shí)地刷新后備控制器，一旦出現故障事件，能確?？刂仆剿栊畔⒁恢?。

    主控制器在過(guò)以下情況下轉變?yōu)楹髠鋸目刂破鳎?

    主控制器發(fā)生故障
    手動(dòng)切換位于RSM冗余切換模塊上的鑰匙開(kāi)關(guān)
    主機通訊發(fā)來(lái)的指令

    C70R CPU 主機通訊采用冗余網(wǎng)絡(luò )。主控制器上的所有網(wǎng)絡(luò )端口都保持激活。從控制器 上的網(wǎng)絡(luò )端口不可用于外部通訊，Honeywell 的OPC 服務(wù)器軟件可用于支持冗余以太網(wǎng)通訊和自動(dòng)傳輸通訊。

               

    RS232通訊口，完成組態(tài)軟件上傳或下傳，Modbus/RTU 協(xié)議
    RS422通訊口，可用于與就地操作面板連接，Modbus/RTU 協(xié)議
    RS485通訊口，可實(shí)現遠距離通訊，Modbus/RTU 協(xié)議
    以太網(wǎng)通訊口，可同時(shí)支持10臺上位機遠程通訊，Modbus/TCP協(xié)議

    C70R控制器通過(guò)100Base-T通訊網(wǎng)絡(luò )與其PC機接口進(jìn)行通訊、使用的是Modbus/TCP 協(xié)議（一種開(kāi)放的接口協(xié)議，可用于多數流行的HMI 軟件包）。C70R 最多可以同時(shí)支持10個(gè)主連接，主機可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行控制監視和數據采集。

    2.1.2 I/O 模塊

    HC900 控制器支持將I/O 模塊從卡槽上直接插拔，而無(wú)需掉電?？迦牒?，控制器會(huì )自動(dòng)識別是否有效并進(jìn)行自動(dòng)組態(tài)。
控制器通過(guò)100 Base-T 以太網(wǎng)物理通訊鏈路可與5 個(gè)I/O 機架進(jìn)行通訊。當系統使用一個(gè)以上的I/O 機架時(shí)，則需要集線(xiàn)器，擴展模塊的兩個(gè)擴展通訊口分別連接一個(gè)集線(xiàn)器，通過(guò)使用兩個(gè)以太網(wǎng)集線(xiàn)器，連接距離最長(cháng)可達300米。

    HC900 遠程I/O 通過(guò)遠程I/O 擴展模塊與主CPU 模塊通訊并進(jìn)行數據處理。

    I/O模件為插卡式安裝，支持熱插拔
    HC900的IO模件種類(lèi)齊全，可適應不同的應用需求，本項目中使用了：
    AI模件（16個(gè)通道/卡）可以接收各種型號的模擬輸入，只需在組態(tài)時(shí)選擇輸入型號類(lèi)型即可
    DI模件（16個(gè)通道/卡）可以接收無(wú)源接點(diǎn)輸入
    DO模件（16個(gè)通道/卡）可以輸出無(wú)源接點(diǎn)或24VDC／220VAC輸出

    2.2 HC900控制器組態(tài)軟件

    HC Designer混合控制設計軟件是基于Windows專(zhuān)用于HC900控制的控制策略組態(tài)工具，可以通過(guò)以太網(wǎng)、串行端口或調制解調器連接組態(tài)。與帶有雙以太網(wǎng)功能的C70R CPU一起使用，HC Designer混合控制設計軟件支持對兩個(gè)通訊端口的驗證，可以與任一端口連接使用。這種控制器提供了先進(jìn)的監控功能用與調試，允許通過(guò)軟件改變運行模式設置，上載完整的、帶注釋的、圖形化的控制器組態(tài)，以及提供一組增強型文件報表。

    2.2.1功能特點(diǎn)

    圖形化的拖拽和軟件接線(xiàn)組態(tài)方式
    支持運行模式下的在線(xiàn)編輯和下裝功能
    圖形化的拖曳和軟接線(xiàn)組態(tài)方式
    支持Run 運行模式下的在線(xiàn)編輯和下裝功能圖形化功能模塊組態(tài)
    允許使用“工作表”進(jìn)行圖形化組態(tài)分區，可多達800多組態(tài)頁(yè)
    多種在線(xiàn)監控功能: 用戶(hù)定義和預定義的監視窗、功能模塊端腳值、同時(shí)打開(kāi)多個(gè)功能模塊、對源信號的回溯
    5種縮放級別，用于細節查看
    用于分析控制器、I/O，網(wǎng)絡(luò )主機和控制器對等連接的在線(xiàn)診斷窗口
    支持以太網(wǎng)、RS485、RS-232直接和RS-232調制解調器的通訊方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)HC900控制器

    2.2.2軟件組態(tài)界面如下：

               

    2.2.3數字量操作

    可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)地監視過(guò)程數據及邏輯運算狀態(tài)，方便地診斷現場(chǎng)故障。
 
    在單一顯示畫(huà)面上可以有多個(gè)工作表的多功能模塊監視器訪(fǎng)問(wèn)，大多數內部參數可用于讀/寫(xiě)，同時(shí)模塊輸出也可以被強制，包括 I/O 和邏輯模塊；邏輯狀態(tài)在線(xiàn)指示，綠色的實(shí)線(xiàn)表示“開(kāi)（ON）”狀態(tài)，紅色的點(diǎn)劃線(xiàn)表示“關(guān)（OFF）”狀態(tài)。 

               

    HC900提供了多種邏輯運算模塊，通過(guò)模塊的組合，可以實(shí)現邏輯運算能，聯(lián)鎖保護功能，

                                          

    常用邏輯模塊如AND、OR、NOT、XOR、COMPR，此外，還可以通過(guò)一個(gè)模塊定制自己的運算公式，從而免去多重組合。通過(guò)不同的模塊組合，就可以實(shí)現聯(lián)鎖保護功能等。

    3．Experion C300控制器與HC900混合控制器在制漿生產(chǎn)線(xiàn)的集成應用

    3.1 控制過(guò)程及需求

    本項目利用硫酸鹽連續蒸煮法進(jìn)行木片蒸煮和漂白，生產(chǎn)漂白木漿。

    在保證纖維中高的半纖維素含量的同時(shí)降低木素含量，并保存纖維強度。在緊湊蒸煮方法中，浸漬在低溫下完成，大約100C。IMPBINTM，是一個(gè)單獨的常壓容器，兼具預汽蒸和預浸的作用。

    從蒸煮器過(guò)來(lái)的粗漿中往往含有少量對設備和造紙有害的雜質(zhì)，如未蒸解部分，纖維塊，樹(shù)皮以及外來(lái)的雜質(zhì)如砂石，金屬雜物，橡膠和塑料等。篩漿的目的就是將這些雜質(zhì)除去，以滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)的需要。

    漂白是將漿的白度通過(guò)化學(xué)品除去漿中的木素或者改變木素發(fā)色基團的結構來(lái)實(shí)現的。

    生產(chǎn)漂白用化學(xué)藥品要通過(guò)電解槽產(chǎn)生氯氣和氫氧化鈉，測量槽電壓需要數量眾多的測量點(diǎn)，需要將其電壓信號轉為電流信號。

    由于制漿過(guò)程是一個(gè)連續、生產(chǎn)線(xiàn)長(cháng)、介質(zhì)多樣的生產(chǎn)過(guò)程，設備造價(jià)高昂，前后工序聯(lián)系緊密，需要嚴密的開(kāi)停機順序及多重聯(lián)鎖保護，才能保證設備在異常情況下緊急、順序停車(chē)，避免安全事故及設備損壞。在老項目中利用了繼電保護系統及獨立電壓電流轉換器，查找故障點(diǎn)及修改聯(lián)鎖值比較麻煩，由于某些邏輯輸出來(lái)自DCS，當DCS故障時(shí)則系統將失去保護作用，且非冗余系統，可靠性不高。獨立電壓電流轉換器使檢修工作量較大，轉換器易出現漂移、信號不準等問(wèn)題。如新項目如原來(lái)設計幾百個(gè)轉換器將占用非常大的空間。

    借助PKS系統的開(kāi)放性，充分利用HC900的特點(diǎn)，本項目選擇了兩套HC900系統應用于制漿工段及化學(xué)品工段。

    3.2 制漿化學(xué)品HC900及PKS系統結構

    3.2.1 Experion C300控制器與HC900混合控制器點(diǎn)對點(diǎn)通訊

    在PKS系統中，與HC900混合控制器通訊是通過(guò)其PCDI(Peer Control Data Interface)對等控制數據接口程序完成的，在此過(guò)程中需要配置主數據,

    3.2.2對等控制數據集成接口

    從Experion R310開(kāi)始,C300控制器支持對等數據控制接口,用于過(guò)程控制點(diǎn)對點(diǎn)設備的數據交換。在Experion R310 Control Builder中可以通過(guò)功能塊設置該接口。

    FTE容錯以太網(wǎng)是C300控制器與HC900第三方設備進(jìn)行通訊的介質(zhì)，MODBUS遠程終端RTU對等設備連接到MODBUS TCP對等網(wǎng)橋, MODBUS TCP對等設備通過(guò)FTE連接到網(wǎng)橋。

               

    3.2.2.1 MODBUS TCP 組件及PCDI結構

    PCDI_MATER 代表MODBUS TCP主設備或MODBUS TCP橋
    PCDIFLAGARRCH旗標量需求陣列模塊，允許訪(fǎng)問(wèn)MODBUS TCP設備輸出/數字量輸入
    PCDINUMARRCH 數字量需求陣列通道模塊，允許訪(fǎng)問(wèn)MODBUS TCP設備寄存器

               

    3.2.2.2 PCDI組態(tài)

    項目中添加PCDI_MATER塊。
    在MBTCP庫中將PCDI_MATER塊拖入C300的CEE控制執行環(huán)境中，輸入主塊的名字

               

                             

    選擇設備類(lèi)型為冗余MODBUS TCP設備類(lèi)型。設置完成后下裝到C300執行環(huán)境中。

                         

    添加PCDI陣列需求通道模塊到控制模塊CM中。

                

    3.2.4蒸煮、篩選、漂白系統結構

    在蒸煮、篩選、和漂白工段PKS使用了2對C300控制器，HC900也作為節點(diǎn)通過(guò)交換機連到制漿區域的服務(wù)器，其中包括105個(gè)AI，24個(gè)DI，74個(gè)DO到閥門(mén)或電機控制器。

               

    3.2.5　化學(xué)品系統結構

               

    在化學(xué)品工段PKS使用了2對C300控制器，HC900包括348個(gè)AI，用于電壓/電流信號轉換，與一期相比，通過(guò)HC900大量節省了獨立轉換卡。

    3.3 氧脫木素工段安全保護

               
　　
    經(jīng)過(guò)篩選洗滌后的漿料進(jìn)入一段氧脫反應器，加入氧化白液，將氧氣和中壓蒸汽一起加入漿料中，經(jīng)過(guò)混合器攪拌混合均勻后進(jìn)入一段氧脫反應塔，控制一定的溫度、壓力和反應時(shí)間，一段氧脫反應器為升流式。漿料經(jīng)過(guò)一段氧脫反應器后進(jìn)入二段氧脫反應器，在進(jìn)入二段氧脫反應器之前，根據工藝規定參數加入一定量的NaOH、氧氣和中壓蒸汽，經(jīng)過(guò)混合器攪拌混合均勻后進(jìn)入二段氧脫反應器，控制一定的溫度、壓力和反應時(shí)間，二段反應器為降流式。

    現場(chǎng)測量值送入HC900通過(guò)監視氧反應器內壓力變化，當檢測到某個(gè)壓力超出聯(lián)鎖值時(shí)，邏輯運算結果同時(shí)作為C300的判斷條件，控制氧氣及蒸汽閥門(mén)和泵的開(kāi)關(guān)啟停。

               

               

               

    4. 應用總結

    HC900系統簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)非常適合這種IO數量不多但又和過(guò)程系統有復雜關(guān)聯(lián)的系統應用，同時(shí)也非常適合某些需要幾百個(gè)V/I信號轉換的場(chǎng)合。本文僅總結了HC900　C70R冗余系統及Experion C300控制器在制漿行業(yè)的某一工段中的集成應用，希望能給其它領(lǐng)域中的HC900用戶(hù)提供有益的借鑒。