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引 言  
  集散控制系统(Distributed Control System-DCS)集计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术于一体,广泛应用于生产过程控制系统。随着计算机和网络技术的飞速发展,产生了一种新型的控制系统———现场总线控制系统(Fieldbus Control System-FCS)。但国内生产企业的情况是:大多数企业还处于模拟仪表和人工控制的阶段,采用DCS控制系统的企业仍是少数。由于DCS应用广泛、技术成熟,在现有的技术条件和市场条件下,FCS还不能完全取代DCS,而且目前现场总线设备和系统还十分昂贵。因此,除了新建企业外,国内企业在较长时间不可能采用现场总线技术,而必须走逐步发展、过渡的道路。
  我们在上海石化股份公司环保部水质净化厂监控系统的改造项目中,对3个生产单元已有的DCS和PLC进行改造,增加通信功能,实现总调度室对各生产装置的集中监控。 2 系统改造方案  
  根据水质净化厂各生产单元的功能和建设阶段,分为厂外调节池、污水一段、氧化沟、四期污水处理、污泥脱水、污泥干化6个生产单元。另外,在厂部设有总调度室,但是总调度室的监控水平较为落后,改造之前基本上不能对各个生产单元进行监控。为了适应生产需要,提高生产效率,改善操作条件,加强监控手段,确保各生产装置的正常运行,急需对各生产单元和总调度室进行技术和设备的更新改造,从而能在总调度室对各装置进行监视管理,及时了解各装置的运行情况,达到指挥及时和调度准确的目的。
2.1 现场监控系统的改造
  现场监控系统的改造要充分利用原有仪表和设备,主要考虑可靠性和实时性。首先对自控程度较高的3个单元进行改造(系统结构见图2—1):
  四期污水处理生产单元控制设备配置了两套ALLEN-BRADELY公司PLC设备。25块开关量输入信号卡,可采集384点信号;7块开关量输出信号卡,可输出112点信号;3块模拟量输入信号卡,可采集24点信号。两套AB—PLC通过DH+(数据高速通道)实现数据共享。在原有的现场控制计算机上分别增加以太网卡,通过以太网将实时数据送到总调度室处理。  输出192点信号;1块模拟量输入信号卡,可采集8点信号。系统运行采用遥控开关操作与全模拟流程盘显示。在原有的Siemens S5-115UPLC上增加RS-232通讯模块(CP524)和1台现场操作站,用点对点方法连接,使PLC的数据通过现场操作站送到以太网上,与总调度室监控计算机通信。但RS-232传输速率只有9600bps,操作站仅对现场起到监视作用。



  污泥干化生产单元控制设备采用Honeywell9200e PCS。系统配置了9块开关量输入信号卡,可采集288点信号;3块开关量输出信号卡,可输出96点信号;3块模拟量输入信号卡,可采集48点信号;
5块模拟量输出信号卡,可输出20点信号。由于现场使用的工业计算机的CPU、内存与硬盘都不能满足进行数据通讯等项要求,必须予以更新。新的计算机选用工业控制计算机,配置以太网卡,使总调度室监控计算机可以通过以太网访问Honeywell 9200e的实时数据。
  由于3套控制系统为不同时期所建,采用了不同的PLC,不具备性,相互之间直接通信在技术上存在很大困难,且意义不大;并且3套装置距离较远,施工费用也将很高。综合考虑成本和效益,不再建立3个单元之间的现场级网络。对其余3个自控程度较低的生产单元,可考虑使用现场总线技术,即可方便地实现各单元之间的通信。虽然现场总线的应用从技术和成本考虑都并非如宣传的那样,但它毕竟是一种、分散、可互操作的技术和产品,代表了控制领域的发展方向。在已有的DCS系统中应用现场总线新技术,实现FCS与DCS的集成,根据不同的应用需求,可有3种模式,具体可参阅文献[3]、[4]。
2.2 上位机网络的实现
  上位机网络主要考虑网络的可靠性、传输效率及可扩展性。Ethernet在工业领域的应用受到限制,主要是由于它采用CSMA/CD碰撞方式,在网络负荷时,网络的确定性不能满足工业控制的实时要求。但随着网络技术的发展,Ethernet在工业控制领域的应用已经得到了广泛的认可。
  常用的网络拓扑结构有总线型、星型、环形等,由于总调度室到各生产单元之间要交换实时数据,选择星型拓扑结构,任意站点之间的通信通过交换机实现透明的转发,不存在信道共享引起的竞争问题。
  对于通信介质的选择,由于总调度室与各个生产单元距离较远,分别为1000m、800m和900m,因此选用4芯多模室外光缆作为通信介质,它具有通信速率高、抗电磁干扰、信号传输衰减小等优点。两端采用转换器EM316E/M进行光电转换。
  另外,由于Ethernet是目前应用广泛的计算机网络技术,人们对Ethernet技术十分熟悉,可以降低系统的开发、培训和维护费用。同时,由于应用广泛,其硬件价格也十分低廉。目前,Ethernet网卡的价格只有Profibus、FF等现场总线网卡的十分之一。
  采用这种网络结构,单机故障不会影响其它站点,即使网络瘫痪,各现场操作站仍可运行。另外,该系统具有良好的可扩展性,向下可以增加其余生产单元,向上可以和公司内各个部门互连。另置一台2900系列交换机提供10M/100M自适应端口便于扩展(见图2—2)。公司内多数事业部,如化工部、塑料部等有各自的服务器,可以很方便地浏览各事业部的主页,实现信息共享。


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