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摘要：遵义氧化铝厂是一个年产800kt/a的氧化铝生产企业。为解决安全生产和集中管理、分散控制，该项目在实施过程中的重点在溶出车间控制系统DCS硬件方案的配置和选用上，充分发挥DCS控制系统的技术优势。
关键词：氧化铝；溶出；DCS；控制；网络；模块；输入/输出
Abstract: the alumina plant zunyi is with an annual output of 800 kt/a of alumina production enterprise. To solve the safety in production and the centralized management, the distributed control, the project in the process, the key in the dissolution workshop control system DCS configuration and selection of hardware solutions, give full play to the technological superiority of the DCS control system.
Keywords: alumina; Dissolution; DCS; Control; The network; Module; Input/output
中圖分类号： TN711 文献标识码：A文章编号：
引言
在氧化铝厂各车间中，溶出车间是一个重要的构成系统，DCS系统的设计对保证氧化铝生产安全、经济运行起到相当重要的作用。遵义氧化铝厂溶出车间采用的DCS控制系统是HoneyWell公司的PKS（Process Knowledge System）控制系统，该系统采用成熟先进的控制算法，控制系统实现计算机监控，服务器和控制器采用冗余配置，确保全系统不会瘫痪，系统自动完成控制器的冗余，避免了硬件故障对生产过程造成影响。
系统和网络
本方案系统以开放式两个网络层次组成（如图1系统结构示意图）：监控网络（SNET）和控制网络（CNET）。
图1
上层监控网络主要用于工程师站、操作员站和数据服务器之间的通讯连接，以及工程师站、服务器和控制器之间的通讯连接。上层监控网络为冗余高速以太网链路，使用第五类屏蔽双绞线及多模光纤将各个通讯节点连接到各车间冗余交换机上。该网络分为个互为冗余的两个网段：一个网段是工程师站、操作员站、服务器节点的通讯；另一个网段是本车间的服务器与本车间控制器的通讯。在上层监控网络采用TCP/IP通讯协议，提供100Mbps的数据连接。
控制网络位于现场控制站内部，主控单元和I/O模块通过I/O连接模件及I/O Link总线连接线进行连接。同时现场的第三方控制系统通过DP总线连接至Profibus通讯模件，与主控设备进行信号的交换。利用总线技术实现主控单元和I/O模块间的通信，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送。
测量点的确定
溶出区域共分三个子项：预脱硅、高压泵房、管道预热、溶出及稀释。数据信号输入/输出（I/O）主要是四种：①模拟量输入(AI)采用4-20mA输入。②模拟量输出(AO)采用4-20mA输输出。③开关量输入(DI)采用查询电压开关量输入。④开关量输出(DO)干接点开关量输出。本车间输入／输出共2185点。配置如下表1所示。
AI 679 DI 1062
AO 42 DO 402
表1
控制系统的选型
主控单元：主控单元选用两对C200冗余控制器。C200主控制器通过I/O连接模件和Profibus通讯模件实现对现场控制站内I/O模块和第三方控制设备的数据采集、处理、运算及交换；系统网络(监控网络)通过冗余工业以太网接口把现场控制站的所有数据上传到系统服务器，同时，工程师站的组态指令也通过系统网络下传到主控单元。
车间内的温度检测元件为Ptl00电阻测温元件，温度信号与其它检测信号均接入信号隔离变送器，转换为标准4~20mA信号，通过模拟量输入接线端子板MC-TAIH03接入模拟量输入处理器MC-PAIH03，MC-PAIH03为16通道采集AI现场来的标准4~20mA信号。模拟量输出处理器MC-PAOY22，该模块为16通道4~20mA信号AO模块，配套使用MC-TAOY22模拟量量输出接线端子板。开关量输入处理器MC-PDIY22为32通道提供24VDC查询电源，查询电源由模块内部提供，配套使用MC-TDIY22开关量输入接线端子板，外部信号通过卡片式继电器转接到MC-TDIY22上，避免了外部强电压串入烧毁控制设备。开关量输出处理器MC-PDOY22为32通道开关量输出，配套使用MC-TDOY22开关量输出接线端子板。MC-TDOY22将DO信号转接到卡片式继电器，进而实现对现场220VAC负载的控制。
在配制模块的量上做到，每类模块的通道富余量最要达15%以上并预留适当空槽位，以便处理现场突发情况和以后的技改需求。最终配置如表2所示(物理点信息)。
服务器和工作站
服务器、工程师站和操作站为标准配置即可。服务器是整个控制系统的核心，主要用于对数据的采集、控制、记录和报警。并作为操作站的服务端提供人机界面服务。工程师站是用于对集成过程控制系统进行开发和配置，比如支持服务器、操作员站的人机界面系统开发，同时在开发过程中可以方便地进行测试远行。操作站主要功能是作为过程自动化服务器人机界面系统的客户端。打印机是用于车间报表、历史事件、趋势等打印。通讯站主要是为其他车间和上层网络提供服务交换。
结束语
考虑到溶出车间的检测和控制点较多，同时为了提高控制器的安全性能，故配置了2对冗余控制器。为了便于维护和工艺指向完整性，并没有将控制点平均分配到控制器，而是将第一组溶出（1#、2#溶出）及其对应的高压泵房信号和预脱硅共1147个点放到第一对冗余控制器，将第二组溶出（3#、4#溶出）及其对应的高压泵房信号共1038个点放到第二对冗余控制器。最后运行结果显示第一对冗余控制器负荷是20.7%，第二对冗余控制器是18.5%。
遵义氧化铝厂溶出车间DCS控制系统平稳运行至今，充分体现了其可靠性和经济性，维护方便灵活让维护人员感受到其易用性，为全厂管控一体化打好稳定的基础。
参考文献
[1]陈在平．现场总线及工业控制网络技术[M]．北京：电子工业出版社．2008
[2]王惠．计算机控制系统 北京化学工业出版社．2000
[3]美国HoneyWell有限责任公司．HoneyWell PKS应用系统技术手册
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：氧化铝；溶出；DCS；控制；网络；模块；输入/输出
Abstract: the alumina plant zunyi is with an annual output of 800 kt/a of alumina production enterprise. To solve the safety in production and the centralized management, the distributed control, the project in the process, the key in the dissolution workshop control system DCS configuration and selection of hardware solutions, give full play to the technological superiority of the DCS control system.
Keywords: alumina; Dissolution; DCS; Control; The network; Module; Input/output
中圖分类号： TN711 文献标识码：A文章编号：
引言
在氧化铝厂各车间中，溶出车间是一个重要的构成系统，DCS系统的设计对保证氧化铝生产安全、经济运行起到相当重要的作用。遵义氧化铝厂溶出车间采用的DCS控制系统是HoneyWell公司的PKS（Process Knowledge System）控制系统，该系统采用成熟先进的控制算法，控制系统实现计算机监控，服务器和控制器采用冗余配置，确保全系统不会瘫痪，系统自动完成控制器的冗余，避免了硬件故障对生产过程造成影响。
系统和网络
本方案系统以开放式两个网络层次组成（如图1系统结构示意图）：监控网络（SNET）和控制网络（CNET）。
图1
上层监控网络主要用于工程师站、操作员站和数据服务器之间的通讯连接，以及工程师站、服务器和控制器之间的通讯连接。上层监控网络为冗余高速以太网链路，使用第五类屏蔽双绞线及多模光纤将各个通讯节点连接到各车间冗余交换机上。该网络分为个互为冗余的两个网段：一个网段是工程师站、操作员站、服务器节点的通讯；另一个网段是本车间的服务器与本车间控制器的通讯。在上层监控网络采用TCP/IP通讯协议，提供100Mbps的数据连接。
控制网络位于现场控制站内部，主控单元和I/O模块通过I/O连接模件及I/O Link总线连接线进行连接。同时现场的第三方控制系统通过DP总线连接至Profibus通讯模件，与主控设备进行信号的交换。利用总线技术实现主控单元和I/O模块间的通信，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送。
测量点的确定
溶出区域共分三个子项：预脱硅、高压泵房、管道预热、溶出及稀释。数据信号输入/输出（I/O）主要是四种：①模拟量输入(AI)采用4-20mA输入。②模拟量输出(AO)采用4-20mA输输出。③开关量输入(DI)采用查询电压开关量输入。④开关量输出(DO)干接点开关量输出。本车间输入／输出共2185点。配置如下表1所示。
AI 679 DI 1062
AO 42 DO 402
表1
控制系统的选型
主控单元：主控单元选用两对C200冗余控制器。C200主控制器通过I/O连接模件和Profibus通讯模件实现对现场控制站内I/O模块和第三方控制设备的数据采集、处理、运算及交换；系统网络(监控网络)通过冗余工业以太网接口把现场控制站的所有数据上传到系统服务器，同时，工程师站的组态指令也通过系统网络下传到主控单元。
车间内的温度检测元件为Ptl00电阻测温元件，温度信号与其它检测信号均接入信号隔离变送器，转换为标准4~20mA信号，通过模拟量输入接线端子板MC-TAIH03接入模拟量输入处理器MC-PAIH03，MC-PAIH03为16通道采集AI现场来的标准4~20mA信号。模拟量输出处理器MC-PAOY22，该模块为16通道4~20mA信号AO模块，配套使用MC-TAOY22模拟量量输出接线端子板。开关量输入处理器MC-PDIY22为32通道提供24VDC查询电源，查询电源由模块内部提供，配套使用MC-TDIY22开关量输入接线端子板，外部信号通过卡片式继电器转接到MC-TDIY22上，避免了外部强电压串入烧毁控制设备。开关量输出处理器MC-PDOY22为32通道开关量输出，配套使用MC-TDOY22开关量输出接线端子板。MC-TDOY22将DO信号转接到卡片式继电器，进而实现对现场220VAC负载的控制。
在配制模块的量上做到，每类模块的通道富余量最要达15%以上并预留适当空槽位，以便处理现场突发情况和以后的技改需求。最终配置如表2所示(物理点信息)。
服务器和工作站
服务器、工程师站和操作站为标准配置即可。服务器是整个控制系统的核心，主要用于对数据的采集、控制、记录和报警。并作为操作站的服务端提供人机界面服务。工程师站是用于对集成过程控制系统进行开发和配置，比如支持服务器、操作员站的人机界面系统开发，同时在开发过程中可以方便地进行测试远行。操作站主要功能是作为过程自动化服务器人机界面系统的客户端。打印机是用于车间报表、历史事件、趋势等打印。通讯站主要是为其他车间和上层网络提供服务交换。
结束语
考虑到溶出车间的检测和控制点较多，同时为了提高控制器的安全性能，故配置了2对冗余控制器。为了便于维护和工艺指向完整性，并没有将控制点平均分配到控制器，而是将第一组溶出（1#、2#溶出）及其对应的高压泵房信号和预脱硅共1147个点放到第一对冗余控制器，将第二组溶出（3#、4#溶出）及其对应的高压泵房信号共1038个点放到第二对冗余控制器。最后运行结果显示第一对冗余控制器负荷是20.7%，第二对冗余控制器是18.5%。
遵义氧化铝厂溶出车间DCS控制系统平稳运行至今，充分体现了其可靠性和经济性，维护方便灵活让维护人员感受到其易用性，为全厂管控一体化打好稳定的基础。
参考文献
[1]陈在平．现场总线及工业控制网络技术[M]．北京：电子工业出版社．2008
[2]王惠．计算机控制系统 北京化学工业出版社．2000
[3]美国HoneyWell有限责任公司．HoneyWell PKS应用系统技术手册
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。