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天津大学 硕士学位论文 deltav控制系统在兰州石化10万吨/年丁苯装置中的应用 姓名：杜勇 申请学位级别：硕士 专业：电气工程 指导教师：张炳达;杨建峰 20090201 摘要 随着中国经济的飞速发展，市场对丁苯橡胶的需求量越来越大。兰州石化为 成为西北的丁苯橡胶生产基地，新建一套1 0 万吨年丁苯橡胶项目。传统的人 工操作已经不能满足生产需求，需要建立一套信息化、自动化的控制系统，才能 实现1 0 万吨年的生产规模，保障丁苯橡胶装置的稳定运行。 采用基于现场总线开发的d e l t a v 集散控制系统用于丁苯橡胶装置的控制。 d e l t a v 集散控制系统兼容了h a r t 技术和传统的d c s 功能，采用o p c 技术， 可用于各工段、车间及全厂所有信息与数据的网络共享，提高生产效率与管理质 量。 采用e m e r s o n 过程控制有限公司d e l t a v 集散控制系统为控制平台，以现 场测量仪表为基础设计丁苯控制系统及丁苯装置，对生产工艺进行控制和管理。 工艺人员通过d e l t a v 集散控制系统平台，调节系统各参数，修改定值，实现整 个丁苯生产过程的常规控制、监视报警、联锁、程序配料、程序送料、配方管理、 顺序控制逻辑、以及报表打印等工作。以d e l t a v 控制系统为基础，在丁苯装置 反应聚合釜温度控制中使用拐点模糊控制，将聚合釜温度控制在一个稳定的范围 内，保证产品质量的合格。 兰州石化l o 万吨年丁苯装置已经实现了正常稳定生产。该系统的应用大 大提高了丁苯装置的自动化管理水平，操作方便，实现统一管理，节约投资。 关键词：丁苯橡胶、集散控制系统( d c s ) 、d e l t a v 集散控制系统、模糊控制 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o f e c o n o m y i n c h i n a ，t h er e q u i r e m e n to f s t y r e n e - b u t a d i e n er u b b e ra l s oi n c r e a s e s i no r d e rt ob e c o m et h en o r t h w e s tp r o d u c t i o n b a s eo fs t y r e n e - b u t a d i e n er u b b e r , l a n z h o up e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o nj u s tc a r r i e do u t a10 0 ，0 0 0t o np a s t y r e n e - b u t a d i e n er u b b e rp r o j e c t t h et r a d i t i o n a lm a n u a lo p e r a t i o n c a n n o tm e e tt h en e e da n ym o r e ，s ot h a ta l li n f o r m a t i v ea n da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mi s n e e d e dt or e a l i z et h em a n u f a c t u r i n gs p e c i f i c a t i o nr e q u e s ta n ds t a b l eo p e r a t i o n t h ed e l t vd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mb a s e do nf i e l db u si su s e dt oc o n t r o lt h e s t y r e n e b u t a d i e n er u b b e rd e v i c e s t h eh a r tc o m p a t i b l ew i t ht r a d i t i o n a ld c si s a d o p t e d ，a n dt h eo p ci su s e dt os h a r et h ei n f o r m a t i o na n dd a t ao fe a c hs e c t i o n , w o r k s h o p ，o rt h ew h o l ef a c t o r y t h ed e l t vd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mo fe m e r s o np r o c e s sc o n t r o lc o l t d i s t a k e na sc o n t r o lf l a t o nt h eb a s eo ff i e l d m e a s u r i n gi n s t r t n n e n t s ，t h e s t y r e n e b u t a d i e n er u b b e rc o n t r o ls y s t e ma n dd e v i c e sa r ed e s i g n e dt oc o n t r o lt h e p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y t h r o u g ht h ed e l t vd c s ，t h ep a r a m e t e r sa r ea d j u s t e d ，t h e f i x e dv a l u e sa r em o d i f i e d a n dt h ew o r ko fw h o l ep r o d u c t i o np r o c e s sa r er e a l i z e d , s u c ha sr o u t i n ec o n t r o l ，s u p e r v i s o ra n da l a r m ，i n t e r l o c k , p r o c e s sb a t c h , p r o c e s sf e e d ， b a t c hf o r m u l am a n a g e m e n t ，s e q u e n t i a lc o n t r o ll o g i c ，a n dr e p o r tp r i n t i n g b a s e do n t h ed e l t vd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，t h ei n f l e c t i o nf u z z yc o n t r o li su s e dt oa d j u s t t h et e m p e r a t u r eo fp o l y m e r i z a t i o na u t o c l a v e ，a n da s s u r et h ep r o d u c tq u a l i t y t h e10 0 ，0 0 0t o np a s t y r e n e - b u t a d i e n er u b b e rp l a n to fl a n z h o up e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o nh a sr e a l i z e ds t a b l ep r o d u c t i o nn o w t h eu s eo fd e l t vd c si m p r o v e st h e a u t o m a t i cc o n t r o ll e v e lo fs t y r e n e b u t a d i e n er u b b e rp l a n t ，r e a l i z e st h eu n i f i e d m a n a g ：e m e n t , a n ds a v e st h ei n v e s t m e n t k e yw o r d s ：s t y r e n e b u t a d i e n er u b b e r ，d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( d c s ) ， d e l t a vd c s ， f u z z yc o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：不孝霭 婵醐：一年孙硼 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解吞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：茗吃劢导师签名：涨糙 签字日期：刀年弓月y 日 签字日期：加。7 年? 月乙日 第一章绪论 1 1 系统开发的背景 第一章绪论 丁苯橡胶是由丁二烯与苯乙烯共聚而成的弹性体，是最早实现工业化生产的 合成橡胶之一。1 9 3 3 年德国法本公司以乙炔为原料制得了丁苯橡胶，1 9 3 7 年开 始工业生产，商品为步纳一s 。1 9 4 2 年美国以石油为原料生产丁苯橡胶，商品名 为g r s 。上述两种丁苯橡胶均采用5 0 下乳液聚合方法合成的，成为高温乳 液聚合。 1 9 4 5 年后；发展了氧化一还原引发体系的低温聚合方法，2 0 世纪5 0 年代生 产了5 下聚合的低温丁苯橡胶。高温乳液聚合时，支化较严重，凝胶含量高， 分子量分布宽。低温乳液聚合时，分子量较少，可以均匀硫化，从而使交联密度 提高，所以低温乳液聚合的丁苯橡胶的性能要优于高温乳液聚合的丁苯橡胶。因 而，使低温乳液法很快占据乳液法丁苯橡胶生产的指导地位。 自齐格勒一纳塔催化剂和定向聚合理论创立后，美国菲利浦公司用锂催化剂 成功地进行了丁二烯和苯乙烯共聚合，1 9 5 9 年宣布溶液聚合法制备丁苯橡胶成 功。通过调节反应条件，可以合成无规、星形支化及嵌段行的几种不同结构的丁 苯橡胶、适应不同的需要，这种橡胶称为溶液丁苯橡胶。无规溶液丁苯橡胶为通 用型合成橡胶。嵌段溶液丁苯橡胶为热塑性弹性体，用于鞋类以及其他工业制品。 溶液丁苯橡胶不含凝胶，分子链线性度较高，分子量分布更窄，品质纯，杂 质含量低。因而其耐磨性、耐寒性、弹性、永久变形等方面性能都比乳液法好， 但其成本较高，所以不能完全取代乳液法。 丁苯橡胶的弹性低于天然橡胶，但在合成橡胶中还是的较好的。丁苯橡胶的 玻璃化温度比天然橡胶高1 5 。耐寒性比天然橡胶稍差。丁苯橡胶耐磨性能优 于天然橡胶，溶液聚合丁苯橡胶还优于乳液聚合丁苯橡胶。耐老化、耐龟裂性能 比天然橡胶好。丁苯橡胶的耐溶剂性能及其电性能均与天然橡胶相近。耐水、耐 酸、耐碱性能好，不耐脂肪族、芳香族和含氯的溶剂。丁苯橡胶的化学性质比天 然橡胶优良。即可用硫磺硫化、不耐老化等。丁苯橡胶的化学反应活性比天然橡 胶稍低，硫化速度慢，耐老化性比天然橡胶好，其使用温度大约可比天然橡胶高 1 0 - - - 2 0 “ ( 2 丁苯橡胶对臭氧的作用比天然橡胶敏感，耐臭氧性比天然橡胶差。丁 苯橡胶还能进行氧化、卤化和氢卤化等反应。 第一章绪论 丁苯橡胶是消耗量最大的一种通用合成橡胶，应用非常广泛。除要求耐油、 耐热、耐特殊介质外，一般场合均可使用。丁苯橡胶消耗量最大的是轮胎工业。 轿车轮胎、拖拉机轮胎和摩托车轮胎应用比例较大，载重汽车轮胎及子午胎的应 用比例较小。某些汽车零件也使用丁苯橡胶制造。丁苯橡胶还用于制造无特殊要 求的胶带、胶管等工业品。如皮带运输机的运输带、输水胶管、胶辊、防水橡胶 制品、胶布制品等。丁苯橡胶还可以制造日常生活用品，如胶鞋、雨衣等。此外 丁苯橡胶还用于电缆加工、黏合剂、涂料、建筑等非橡胶部门。 中国1 9 6 0 年开始工业化生产乳液法丁苯橡胶，目前有吉化、兰化、齐鲁、 南通中华等厂家生产，各厂均采用低乳液法。1 9 9 6 年国内自行设计的溶液聚合 丁苯橡胶投产。现在采用溶液聚合法生产丁苯橡胶的有燕山石化、茂名石化、大 庆石化等厂家。2 0 0 0 年中国丁苯橡胶的生产能力已达到4 0 万吨年。 随着中国改革开放深入，经济的飞速发展，市场对丁苯橡胶的需求量加大。 为满足社会经济发展的需要，兰州石化公司决定新建一套l o 万吨年丁苯橡胶 项目，使兰州石化成为西北的丁苯橡胶生产基地，为西北经济发展贡献力量。 1 2 过程控制在化工行业中的现状及发展 生产过程控制，是根据化工工艺指标在生产过程的不同要求，在每一批中完 成一个完整的产品生产。过程控制广泛应用于精细化工产品、生物化工产品等高 附加值产品的制备。具有生产周期短、更换品种容易；对多变的市场要求适应性 强等特点，在生产上仍有广泛应用和发展。过程控制本身是动态的化学反应过程， 采用计算机控制是提高其自动化水平的重要手段。当前，特别是国内的大多数批 量生产过程自动化水平普遍较低。为提高产品质量和市场竞争力，节约生产成本， 并兼顾环保的要求，在生产过程控制中推行各种先进控制策略和过程监控成为迫 切的需要。计算机的飞速发展。测量技术的进步和各种非线性优化算法的成熟为 过程控制中先进算法和技术的应用提供了坚实的保障。 生产过程控制要求： 选用生产过程的控制，要满足以下指标： 1 ) 安全生产。由于生产过程中，工艺是一个可变的过程，工艺的变化将要 求设备、控制过程也要随时变化，操作人员随时适应变化，这样才能保证生产的 安全； 2 ) 设备工艺指标与产品质量指标。如上所述，工艺是一个可变的过程设备 工艺指标要求很高，产品质量指标由于每一批控制过程的不确定因素，而产生差 异。当工艺过程，原料产生差异时产品质量指标将变化； 2 第一章绪论 3 ) 环保法规。这是所有化工生产的基本要求，对于生产过程控制同样是基 本要求之一； 4 ) 经济指标等基本要求。由于过程控制广泛应用于精细化工产品、生物化 工产品等高附加值产品的制备，因此生产过程控制的生产成本比较高，物、能耗 比较高。 根据其自身特点还要满足以下要求： 1 ) 顺序控制功能：温度、被控对象的状态等都用来作为各操作阶段转换的 条件； 2 ) 离散控制功能：阀的开闭、泵的启停等； 3 ) 调节控制功能：对温度、压力等工艺参数进行连续的调节； 4 ) 操作界面：如温度显示、液位、压力显示等； 5 ) 联锁保护功能及一些特殊的、更高的要求如：配方处理功能、动态协调 功能、生产调度与跟踪功能等。 虽然手工操作具有良好的操作柔性，但存在以下问题：劳动强度大、操作出 错的概率高、产品质量不稳定、主要依赖于操作工人的经验来生产、记录不精确， 不能用它来分析、查找产生疵品的原因。采用常规仪表和调节器来实现生产过程 的控制，虽然使用维护不需要复杂技术、成本低廉，但是常规仪表维护量大、可 靠性差，难以实现复杂控制和先进控制。只有采用计算机或者以微处理器为基础 的控制系统，实现自动化，才能圆满实现生产过程控制的各项控制任务。本次程 序编制就是在丁苯橡胶生产过程中实现复杂控制和先进控制。 1 3 论文所做的主要工作 l o 万吨年丁苯橡胶装置，采用兰州石化公司生产丁苯橡胶专有技术，由 d e l t a v 集散控制系统实施全程控制，采用先进的配方管理控制系统，可在不停 车状况下，自动切换牌号，实现程序化引导开停车。 本文主要完成以下工作： ( 1 ) 明确和制定丁苯装置控制系统的主要功能，按照工艺流程，选择和设 计控制方法，以满足丁苯装置能够达到生产要求，保障生产安全、稳定进行。 ( 2 ) 按照生产工艺、流程要求，将d e l t a v 集散控制引入丁苯装置，设计工 艺、流程各部分的控制方法。实现装置技术人员对系统参数的调节，定值的修改， 手动与自动的切换。在满足整个丁苯生产过程的常规控制的同时，系统具备监视 报警、联锁、程序配料、程序送料、配方管理、顺序控制逻辑、以及报表打印等 控制管理功能。 第一章绪论 ( 3 ) 采用模糊控制对聚合反应的关键控制点进行控制，保障聚合反应正确 进行。通过组态，完成丁苯装置d e l t a v 的全程控制。编制丁苯装置的控制程序。 4 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 第二章d e it a v 集散控制系统的相关技术 2 1 集散控制系统 集散型控制系统( t o t a ld i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m s 以下称作d c s ) 也称为 分布式计算机控制系统( d i s t r i b u t e dc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m s ) ，它是以微处理 机为核心，采用数据通讯技术和图形显示技术的新型计算机控制系统。该系统能 够完成直接数字控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、多变量解耦控制 以及最优控制等功能，在先进的集散型控制系统中，还包含有生产的指挥、调度 和管理功能。 集散型控制系统可以看作是计算机( c o m p u t e r ) 技术、通信( c o m m u n i c a t i o n ) 技术、图形显示技术和控制( c o n t r 0 1 ) 技术的结合。 7 0 年代初，美国、日本和欧洲等各国开始研制集散型控制系统。1 9 7 5 年美 国、日本先后研制成t d c - - 2 0 0 0 、t o s d i c 、c e n t u m 、u n i t r o l s 、m i c r e x 等系统。按技术特征其发展可划分为三个阶段：7 0 年代末期一初创期。比较著名 的有美国h o n e y w e l l 公司的t d c - - 2 0 0 0 ；f o x b o r o 公司的s p e c t r u m 、b a i l e y 公司 的n e t w o r k 9 0 ；日本y o k o g a w a 公司的c e n t u r n ；t o s h i b a 公司的t o s d i c ； 德国s i e m e n s 公司的t e l e p e r mm ；h a r t m a n & b r a u m 公司的c o n t r o n i cp 等。 这一时期的产品，在技术上有明显的局限性，微处理器多采用8 位c p u 。集散 控制系统的第二代产品在原来的基础上，可靠性进一步提高，功能进一步扩展， 出现了多功能过程控制站、增强型操作站、增加了光纤通讯技术。代表产品有 美国h o n e y w e l l 公司的t d c - - 3 0 0 0 ：l e a d s & n o r t h r u p 公司的m a x l ；t a y l o r 公司的m o d 3 0 0 ； w e s t i n gh o u s e 公司的w d p f ；日本y o k o g a w a 公司的 c e n t u ma 、b 、c 等。这一代产品的特点是采用1 6 位c p u ，标准化和模块化设 计，扩充灵活，功能完善，用户界面友好。集散控制系统第三代产品，把过程控 制、监督控制、管理调度有机地结合起来，加强了断续控制功能，采用专家系统、 m a p 通信标准。其代表产品有美国h o n e y w e l l 公司的t d c 3 0 0 0 l c n ：f o x b o r o 公司的i as e r i e s ；b a i l e y 公司的i n f i 一9 0 ；w e s t i n g h o u s e 公司的w d p f - - i i ； 日本y o k o g a w a 公司的c e n t u m - - x l 等。这一代产品的特点是采用3 2 位c p u 和专用集成电路，使控制功能更强、体积更小、可靠性更高，其通信系统实现了 开放式通信。 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 集散型控制系统( d c s ) 作为新一代的工业自动化过程控制和管理设备，至 今虽然只有二十多年的历史，但已在石化、冶金、电力等工业领域得到了广泛的 应用。我国在八十年代初期开始引进集散控制设备，从此开始了集散型控制系统 在我国工业控制领域的应用。石油化工行业新建的大中型石化设备均采用集散控 制系统( d c s ) ，石化企业的第一套d c s 是1 9 8 2 年上海高桥石化公司炼油厂引 进的美国f o x b o r o 公司的s p e c t r u m 系统，用于常减压装置生产控制。在冶金行 业，集散控制系统( d c s ) 的应用集中在宝钢这样的新建企业和首钢、鞍钢、武 钢、重钢、马钢等扩建的分厂。冶金系统的第一套集散控制系统是首钢公司购进 的美国b a i l e y 公司的n e t w o r k - 9 0 系统，用于其烧结厂自动控制系统。电力系统 的第一套集散控制系统( d c s ) 是1 9 8 5 年辽宁朝阳电厂采用的瑞士b b c 公司的 p r o c o n t r o l - - p 系统，用于改造2 0 0 m w 机组的顺序控制系统和燃烧器管理系统。 目前集散系统( d c s ) 在火电厂的应用泛围主要包括：模拟量控制、数据采集和 处理、锅炉炉膛安全监控、顺序控制、汽轮机数字电液控制等五方面。与此同时， 在八十年代末期至九十年代初期，国家组织了精悍的科研力量联合攻关，相继研 制出我国自己的集散型控制系统。这一时期涌现出的代表产品有d j k - - 7 5 0 0 ( 重 庆自动化所) ，h s d c s 1 0 0 0 ( 电子部六所) 、s t a r - - 2 0 0 0 ( 阿继电器股份有 限公司) 、d c s 1 0 0 ( 清华大学自动化系) 、d j k - - 2 0 0 0 ( 上海自动化所) 、友 力一2 0 0 0 ( 石化总公司、航天部二院) 等。阿继电器股份有限公司研制的 s t a r 2 0 0 0 集散控制系统，1 9 8 9 年自第一套应用系统( 电站锅炉灭火保护m h b 一b ) 在河南新乡电厂投运以来，相继在哈尔滨第三发电厂2 0 0 m w 机组的模 拟调节系统、石家庄阳逻3 0 0 m w 机组的灭火保护系统等数十个电厂的生产过程 控制中得到应用。在此基础上，其第二代产品s t a r - - 3 0 0 0 近年来在工业领域得到 了更广泛的应用，在技术上更是得到了长足发展。 d c s 系统的典型结构是上、下位机系统及其通信网络，上位机称为操作站 ( 有的还设有工程师站) ， 下位机称为控制站。操作站实现控制系统的控制操 作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成 与打印等( 工程师站只供工程师使用，用来控制组态、系统生成与下装) ：控制 站是对现场物理信号( 包括开关信号) 进行实时采集并进行数据处理、控制运算， 或将结果传送到上位机：系统的网络负责各种功能站之间的数据通信和联络。集 散控制系统具有控制功能多样、操作简便、维护方便、可靠性高、便于与其他计 算机联用等优点。其缺点是不同厂家的d c s 系统有不同的通信方式，因此不同 厂家的d c s 之间以及与其上层i n t r a n e t i n t e m e t 网络之间难以实现互联和信息共 享，从这个角度讲d c s 系统是不开放的。 6 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 2 2d e l t a v 集散控制系统性能分析 l o 万吨年丁苯装置主要采用集散控制系统( d c s ) 实现整个生产过程的常 规p i d 控制，监视报警，联锁，程序配料，程序送料，配方管理，顺序控制逻辑， 以及报表打印等。 d c s 集散控制系统采用了e m e r s o n 过程控制有限公司的建立在 w m d o w s x p 平台上的d e l t a v 系统，对生产工艺进行控制和管理。丁苯项目d c s 系统配置l 台p r o f e s s i o n a lp l u s 站，1 台工程师站，1 台应用站，7 台操作员站。 操作员可以在操作中对系统各参数进行调节，定值的修改，手动与自动的切换， 查阅报警历史，报表打印和非正常情况下的应急处理。该系统的应用大大提高 了丁苯装置的自动化管理水平，达到了统一管理，方便操作，节约投资的目的。 2 2 1d e l t a v 系统概述 d e l t a v 系统是e m e r s o np r o c e s sm a n a g e m e n t 公司于19 9 6 年推出的系统， 它充分利用了近年来在计算机技术，网络技术，数字通讯技术取得的成就。d e l t a v 系统基于现场总线开发，并兼容了h a r t 技术和传统的d c s 功能。 与其他d c s 系统相比，d e l t a v 系统既有以下技术优势： 1 ) 系统数据结构完全符合基金会现场总线( f f ) 标准，在实行d c s 所有功 能的同时，可以毫无障碍的支持f f 功能的现场总线设备。d e l t a v 系统可以接受 4 2 0 m a 信号、l 5 v 信号、热阻热偶信号、h a r t 智能信号、开关量信号，同 时也可以非常方便地处理f f 智能仪表的所有信息。 2 ) o p c 技术的采用，可以将d e l t a v 系统毫无困难地与工厂管理网络连接， 避免在建立工厂管理网络时进行二次接口开发的工作；通过o p c 技术可实现各 工段、车间及全厂在网络上共享所有信息与数据，大大提高过程生产效率与管理 质量；同时通过o p c 技术可以使d e l t a v 系统和其他支持o p c 的系统之间无缝 集成，为工厂以后的c i m s 等更高层次的工作打下坚实的基础。 3 ) 规模可变的特点可以为全厂的各种工艺、各种装置提供相同的硬件与软 件平台，更好、更灵活地满足企业生产中对生产规模不断扩大的要求。 4 ) 即插即用、自动识别系统硬件的功能大大降低了系统安装、组态及维护 的工作量； 5 )内置的智能设备管理系统( a m s ) 对智能设备进行远程诊断、预维护， 减少企业因仪表、阀门等故障引起的非计划停车，增加连续生产周期，保证生产 的平稳性。 6 ) d e l t a v 工作站的安全管理机制，使得d e l t a v 接收n t 的安全管理权限， 可以使操作员在灵活、严格限制的权限内对系统进行操作而不需要担心操作员对 7 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 职责范围以外的任务的访问。 7 ) d e l t a v 系统的远程工作站可以使用户通过局域网监视甚至控制过程， 从而满足用户对过程的远程组态、操作、诊断、维护等要求。 8 ) d e l t a v 系统的流程图组态软件采用i n t e l l u t i o n 公司的最新控制软件 i f i x ，并支持v b a 编程，使用户随心所欲开发最出色的流程画面。 9 ) w e bs e r v e r 可以使用户在任何地方，通过i n t e m e t 远程对d e l t a v 系统 进行访问、诊断、监视。 1 1 ) a p c 组件，基于d d m v 系统的a p c 组件，使用户方便地实现各种先 进控制要求，功能块的实现方式使用户的a p c 实现同简单控制回路的实现一样 容易。 2 2 2d e l t a v 系统基本结构及功能说明 d e l t a v 系统是在传统d c s 系统优势基础上结合最新的现场总线技术，并基 于用户的最新需求开发的新一代控制系统，一个标准的d e l t a v 系统的硬件构成 包括以下四个部分：d e l t a v 工作站，d e l t a v 控制器，d e l t a vi o 子系统，d e l t a v 控制网络。其基本结构框架图如下图2 1 所示： p r o f e s s i o n a lp l u s 工作站p r o f e s s i o n a l 工作站应用工作站 if d e l t a v 控制网络 操作员工作站操作员工作站d e l t a v 控制器i - ld e l t a vi o 予系统 图2 1 d e l t a v 系统基本结构框架图 1 d e l t a v 系统工作站 d e l t a v 系统工作站是d e l t a v 系统的人机界面，通过这些系统工作站，企业 的操作人员、工程管理人员及企业管理人员随时了解、管理并控制整个企业的生 产及计划。所有工作站采用最新的电脑硬件设备，能够高速、稳定运行。 d e l t a v 系统工作站主要分为四种：p r o f e s s i o n a l p l u s 工作站、p r o f e s s i o n a l 工作站、操作员工作站、应用工作站。 1 ) p r o f e s s i o n a lp l u s 工作站 每个d e l t a v 系统都需要有且只有一个p r o f e s s i o n a lp l u s 工作站。该工作站 包含d e l t a v 系统的全部数据库。系统的所有位号和控制策略被映象到d e l t a v 系 统的每个节点设备。 p r o f e s s i o n a lp l u s 配置系统组态、控制及维护的所有工具：从i e c l l 3 l 图形 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 标准的组态环境到o p c 、图形和历史组态工具。用户管理工作也在这里完成一 从这里可以设置系统许可和安全口令。 p r o f c s s i o n a lp l u s 工作站的主要功能特点包括： 全局数据库，灵活和规模可变的结构体系，p r o f e s s i o n a lp l u s 包括一个现代 化的面向对象的数据库。该数据库促进了第一个真正的面向对象的过程控制系统 的开发。从分级控制策略的创建中可以获得收益。通用的控制策略都配置了链接 和嵌入功能。这种集中式数据库还为所有的d e l t a v 数据提供位号的唯一性。从 历史数据到o p c 再到控制策略组态，所有位号都是唯一的。由于p r o f e s s i o n a l p l u s 保证所有节点都可自动识别其它节点且所有节点都可识别位号的物理位置， 因此可以通过位号来访问任何系统信息。数据库和工作站( 客户) 是客户服务 器结构。需要的时候可以将管理客户分散到系统的其它工作站上。 d e l t a v 系统数据库规模可变，可适合各种规模的工程，并允许在工程需求 增长时扩展数据库。同时，数据库也是开放的，它允许执行大批数据的读入和读 出，也允许在系统组态时使用其它工具。 d e l t a v 系统在满足简单易用的同时也满足系统对安全性的要求。即使 p r o f e s s i o n a lp l u s 工作站故障，也完全不会影响整个系统的操作与各种功能。 p r o f e s s i o n a lp l u s 中包括完整的图形库和相关的控制策略。常用的过程控制 方案已预组态，如前馈串级控制回路、复杂的发动机控制算法，常用的图形、符 号等。只要将这些控制策略或图形、符号拖放到实际控制方案和流程图中即可。 仪表工程师可在p r o f e s s i o n a lp l u s 工作站上实现d c s 的组态和数据库管理 工作。 2 ) p r o f e s s i o n a l 工作站 除了不能在p r o f e s s i o n a l 工作站上进行数据库管理工作外，p r o f e s s i o n a l 工 作站的功能和p r o f e s s i o n a lp l u s 是基本一致的，也接受仪表工程师的组态。实现 控制程序的编制、人机操作界面的编制、报警数据组态和日常控制参数的调整工 作。仪表工程师将所有的完好组态数据从p r o f e s s i o n a l 工作站上传至 p r o f e s s i o n a lp l u s 站，实现整个装置系统的正常运行。 3 ) 操作员工作站 d e l t a v 操作员站可提供友好的用户界面、高级图形、实时和历史趋势、由 用户规定的过程报警优先级和整个系统安全保证等功能，还可具有大范围管理和 诊断功能。操作员界面为过程操作提供了先进的艺术性的工作环境，并有内置的 易于访问的特性。不论是查看最高优先级的报警、下一屏显示，还是查看详细的 模块信息，都采用直观一致的操作员导航方式。 d e l t a v 系统操作员站的主要功能包括： 9 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 生产过程的监视和操作控制。位于屏幕上部的按钮工具条提供重要的图形显 示、目录和其它应用的单击访问。工具条中有预定义的按钮，也可以增加、删除 或修改这些预定义的按钮及其布局，通过工具条按钮的单击操作可访问操作员功 能。 直观的流程画面显示及操作。流程图可以是三维流程图或实际照片的扫描 图；高分辩率的图形允许显示详细数据并使信息显示的方式更具灵活性。所有模 块的操作界面提供了易于使用、可靠性高的操作环境。 报警及报警处理可设定不同的报警优先级，以区分不同级别的报警信息，同 时可以用语音提示操作人员处理方法。工作站屏幕的底部归报警栏专用，报警栏 提供优先级最高的几个报警的概要信息。选中其中一个报警，操作员就能直接进 入该过程报警对应的过程流程图进行报警处理。报警优先级、报警信息简报和报 警管理使操作员能够只关注最重要报警。 历史趋势记录及报表，历史趋势信息显示，在工作站上显示历史信息记录的 同时可在同一画面上显示当时的事件信息，可方便地了解当时操作记录及操作参 数，对方便快速分析事故大有帮助。 事件记录及系统状态信息可根据事件类型、时间、操作员等不同要求检索和 归档管理。 系统诊断及故障信息。d e l t a v 系统诊断信息提供覆盖整个系统甚至现场设 备的诊断。不论是检查控制网络通讯、验证控制器冗余，还是检查智能现场设备 的状况，系统都具有快速简便地获取诊断信息的能力。 智能设备的管理信息，在工作站可直接了解现场智能设备的参数、状态，可 在工作站上对现场设备进行诊断，实现真正的预防性维护。 安全性和控制范围，您可以决定d e l t a v 系统用户( 如操作员、仪表工程师 等) 能够使用哪些系统功能( 操作或组态等) 、可以修改哪些参数、可以操作的 工厂区域范围( 如工段、装置或某个锅炉等) 。例如，您可以限制操作员看到整 个系统的报警信息，但只能操作控制一台锅炉的参数或工况。 工艺操作人员在操作员工作站中完成所有的生产过程的操作，实现丁苯装置 工艺流程顺序、安全、准确、稳定的运行。 4 ) 应用工作站 d e l t a v 系统应用工作站用于支持d e l t a v 系统与其它通讯网络，如工厂管理 网( l a n ) 之间的连接。应用工作站可运行第三方应用软件包，并将第三方应用 软件的数据链接到d e l t a v 系统中。应用工作站同样具有使用简单、位号组态唯 一性的特点。此外还有经过现场验证的o p c 服务器。基于这两点，d e l t a v 系统 应用工作站就能提供快速、可靠的信息集成。 1 0 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 应用工作站通过经现场验证的o p c 服务器将过程信息与其它应用软件集 成。o p c 可支持每秒2 万多个过程数据的通讯，o p c 服务器可以用于完成带宽 最大的通讯任务。任何时问、任何地点都可获得安全可靠的数据集成功能。 通过应用工作站，可以在与之连接的局域网上设置远程工作站，通过远程工 作站可虬对d e l t a v 系统进行组态、实时数据监视等远程工作站可以具各与 d e l t a v 系统本地工程师站或操作员站完全相同的功能。 另外通过应用工作站，可阻监视最多2 5 0 0 0 个连续的历史数据，实时与历史 趋势。 应用工作站的功能特点包括： ( 1 ) 内部网络功能：使用经过验证的d e l t a v 内部网络服务器，应用工作站 可将您的地址记入联合内部网。通过预置的显示和客户服务，可以在内部网上立 即安全地公布过程数据。 ( 2 ) 历史功能：d e l t a v 应用工作站提供了功能齐全的、工业领先的历史库 来帮你跟踪和优化过程。客户应用使报表和分析就跟点击鼠标一样简单。 ( 3 ) o p cm i r r o r ：通过o p cm i r r o r 将数据从其它o p c 服务器中直接集成 到d e l t a v 系统。 ( 4 ) 嵌入的组态和智能通讯：在d e l t a v 中，节点之间的通讯是完全透明的。 不需要组态，工作站就能访问过程中的所有位号。这样就可以做得更多且不必操 心通讯和组态。 2d e l t a v 控制器 图2 - 2 d e l t a v 控制器 d e l t a v 系统的m dp l u sc o n t r o l l e r 控制器是基于9 0 年代的技术开发的控制 器，可完成从简单到复杂的监视、联锁及回路控制其完成这些控制功能的软件 功能块完全符合基金会现场总线标准。 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 控制器提供现场设备与控制网络中其它节点之间的通讯和控制。d e l t a v 系 统创建的控制策略和系统组态也可以在这个功能更强的控制器中使用，并具有批 量控制的应用功能。控制器通过底板与i o 卡件连接。在同一个控制器中可同时 任意混合安装常规i o 卡件和基金会现场总线接口卡件( h 1 ) ，所有的控制器与 i o 卡件均为模块化设计，符合i 级i i 区的防爆要求，可直接安装在现场。 1 ) d e l t a v 系统控制器的功能特点 自动分配地址：由于控制器有自动向d e l t a v 控制网络标识自己的能力，因 此它是唯一的。当控制器被插入时，它自动给自己分配一个唯一的地址。不需要 开关，不需要组态，真正的即插即用。 自动定位：由于具有l e d 指示灯控制器的物理位置很容易找到，这种提示 作用使工作变得非常简单。 自动i o 检测：控制器能够检测到所有安装在子系统上的i o 接口通道。一 插入i o 卡件，控制器就能精确地知道i o 卡件所连接的现场设备的常用属性。 这就减少了组态有关的无价值工作量，大大提高工作效率。 完全控制：控制器接受所有i o 接口通道信号、实现相关控制功能，并完成 控制网络的所有通讯功能。时间标签、报警和趋势记录等也在控制器中管理。控 制策略完全由控制器执行。在5 0 m s 内完成从输入通道接收信息、调用控制算法 并将输出数据输出给执行机构的一系列工作。 数据保护：将数据下装到控制器时，d e l t a v 系统会保存下装信息。同样， 用户在线改变控制器组态时，系统也保存这些组态更改。这样，系统将保存所有 下装到控制器的数据的完整记录及所有曾做过的在线更改。 向下兼容：可以将现存控制策略和系统组态导出，然后再将它们导入到新的 系统，便于将来使用。 冗余：d e l t a v 系统加入冗余控制器不需要特殊的电缆；只要简单地插入一 个控制器和供电电源即可；当主控制器故障时，冗余的控制器就会在不需要初始 化和用户干预的情况下自动提供连续无扰动控制。其主要功能特点为： 不间断的控制操作：d e l t a v 系统为不能中断的关键过程控制应用提供了控 制器冗余。在系统中您可以加入副控制器使其在备用方式下等待，并映象主控制 器的操作。出现故障时，备用控制器就会无扰动地切换为主控制器而不中断过程 操作，同时向用户发出控制器切换信息。d e l t a v 事件记录审查保存每次切换的 记录及其发生的原因。以后只要替换故障的控制器，就可以重新开始冗余操作。 系统会自动确认新的冗余控制器。 自动确认：一旦将己获得许可的冗余控制器安装到d e l t a v 底板中，系统会 自动确认它为冗余控制器，不必对新的控制器进行组态。冗余控制器在浏览器窗 1 2 第二章d e l ) a v 集散控制系统的相关技术 口中显示为单个控制器图标。 3 d e l t a v i o 子系统 d e l t a v 系统的所有i o 卡件均为模块化设计，可即插即用、自动识别、带电 插拔。可以提供两太类i o 卡件；一类是传统i o 卡件，另一类是现场总线接口 卡件( h 1 ) 。这两大类卡件可任意混合使用。 传统i o 卡件是模块化的子系统，安装灵活。它可安装在离物理设备很近的 现场。传统i o 配备了功能和现场接线保护键，以确保i o 卡能正确地插入到对 应接线板上。 传统i o 于系统包括： ( 1 ) i o 卡件底板( 安装在d i n 导轨上) ，所有与i o 有关的部件都安装在 该底板上。为现场设备供电的大容量2 4 vd c 电源卡。 ( 2 ) i o 卡件和i o 接线板的i o 接口卡。 ( 3 ) 模拟和开关量i o 卡。其外观和体积相同，便于插入i o 卡件底板中。 ( 4 ) 安装在i o 卡件底板上的i o 接线板，这些底板可在安装i o 卡前先完 成接线。 4 冗余的控制网络 圈2 - 31 ) e l t a v 系统结构图 d e l t a v 系统的控制网络是以1 0 m 1 0 0 m 以太网为基础的冗余的局域网 ( l a n ) 。系统的所有节点( 操作站及控制器) 均直接连接到控制网络上，不需 要增加任何额外的中间接口设备。简单灵活的网络结构可支持就地和远程操作站 第二章d e l t a v 集散控制系统的相关技术 及控制设备。 网络的冗余设计提供了通讯的安全性。通过两个不同的网络集线器及连接的 电缆，建立了两条完全独立的网络，分别接入工