昌暉儀表組織考察了某企業(yè)國(guó)電智深EDPF-NT+系統(tǒng)，這種DCS系統(tǒng)給大家展示一種新的控制模式：壓縮機(jī)控制由DCS統(tǒng)一控制，現(xiàn)場(chǎng)所有壓縮機(jī)、還原調(diào)功柜、電加熱等由DCS實(shí)現(xiàn)邏輯控制，無(wú)縫對(duì)接，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需再配PLC，也減少了對(duì)壓縮機(jī)廠家的依賴。克服了很多企業(yè)控制系統(tǒng)五花八門，接口不統(tǒng)一，備件存量高，維護(hù)成本高等的缺陷。


整個(gè)國(guó)電智深DCS系統(tǒng)包括的主要工藝控制過(guò)程有： 
◆ 氯硅烷合成工藝控制系統(tǒng)；
◆ 精餾工藝控制系統(tǒng)；
◆ 還原爐控制系統(tǒng)(水系統(tǒng)及各調(diào)功柜)；
◆ CDI控制系統(tǒng)；
◆ 冷氫化控制系統(tǒng)（電加熱器）；
◆ 硅粉輸送控制系統(tǒng)（兩套）；
◆ 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（各工序冷凍機(jī)壓縮機(jī)）
◆ 鍋爐控制系統(tǒng)（兩套）,空調(diào)控制系統(tǒng)；

1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信

圖2    國(guó)電智深EDPF-NT+系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

國(guó)電智深EDPF-NT+系統(tǒng)采用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，降低了危險(xiǎn)集中風(fēng)險(xiǎn)。采用廣播機(jī)制，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；沒(méi)有數(shù)據(jù)翻譯/轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，減少延遲；縮短數(shù)據(jù)傳送路徑，提高系統(tǒng)響應(yīng)性能；網(wǎng)絡(luò)冗余配置，雙網(wǎng)并發(fā)，接收冗余過(guò)濾，自愈型網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)相交，任何情況下保證通訊暢通內(nèi)氣體報(bào)警GDS和加熱器等設(shè)備均通過(guò)雙絞線的形式接到位于網(wǎng)絡(luò)柜的串口服務(wù)器，再通過(guò)串口服務(wù)器接入DCS系統(tǒng)。而還原爐這些重要設(shè)備則通過(guò)交換機(jī)直接接入系統(tǒng)，由DCS控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)modbus-TCP通訊，實(shí)現(xiàn)了更加穩(wěn)定的通訊，并提供了額外的硬件冗余，保證了生產(chǎn)安全穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)：分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的原點(diǎn)分布在各個(gè)站內(nèi)，用點(diǎn)目錄文件實(shí)現(xiàn)分布于各站的數(shù)據(jù)庫(kù)的集中管理。DCS每個(gè)站都是數(shù)據(jù)源，全部站點(diǎn)數(shù)據(jù)源總和構(gòu)成EDPF-NT系統(tǒng)完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)站都可以接收且僅接收自己需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新方式支持組播和定閱兩種。采用以站為基礎(chǔ)的大容量分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎核心，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全性。域內(nèi)、域間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的組播和定閱兩種數(shù)據(jù)刷新方式。維護(hù)更加簡(jiǎn)便、安全、可靠，并突破了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性能瓶頸。

2、供電方式
采用兩路三相四線制380VAC輸入。兩路相互獨(dú)立的電源分別來(lái)自UPS和市電。正常工作時(shí)，UPS和市電各承擔(dān)50%的負(fù)荷，不會(huì)導(dǎo)致一路長(zhǎng)期高負(fù)荷，另外一路無(wú)負(fù)荷的情況。當(dāng)任何一路電出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，全部負(fù)荷會(huì)轉(zhuǎn)移到正常供電的那路輸入電上，當(dāng)故障排除后，用電負(fù)荷會(huì)再次平分在兩路輸入電源上?？刂乒耠娫礊殡p路電源輸入，每路電源為220VAC，通過(guò)機(jī)柜電源轉(zhuǎn)成24VDC，兩組24VDC電源同時(shí)工作。

3、安全性與穩(wěn)定性介紹
所有與聯(lián)鎖和停車相關(guān)的測(cè)點(diǎn)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件通道均采用冗余設(shè)置，對(duì)配置有電磁閥的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)行雙重動(dòng)作，即切斷氣源的同時(shí)也將調(diào)節(jié)閥輸出恢復(fù)至安全位置。同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)邏輯保證ESD動(dòng)作級(jí)別高于聯(lián)鎖動(dòng)作級(jí)別，聯(lián)鎖動(dòng)作級(jí)別高于手動(dòng)和順控動(dòng)作級(jí)別。針對(duì)大型設(shè)備如氫壓機(jī)或者空調(diào)機(jī)組，設(shè)計(jì)完整的報(bào)警和跳閘邏輯，并提供跳閘首出等功能，方便設(shè)備運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控和設(shè)備急停后的事故追憶。DCS的保護(hù)邏輯要遠(yuǎn)比ESD更加豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)ESD的所有功能，但ESD保護(hù)認(rèn)證層級(jí)更高。從通俗上來(lái)講，可以比作DCS可以達(dá)到2-3層的保護(hù)，而SIL3認(rèn)證的ESD系統(tǒng)可以達(dá)到4-6層保護(hù)，甚至更多。

EDPF-NT+系統(tǒng)的安全策略是通過(guò)多個(gè)層級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
◆ 在硬件層有強(qiáng)化的機(jī)械電氣防護(hù)性能；
◆ 在通道層有通道冗余和細(xì)致的自診斷系統(tǒng)；
◆ 在用戶層有豐富的安全策略，通過(guò)域和用戶的劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作權(quán)限結(jié)構(gòu)，保證專業(yè)的人員從事專業(yè)的操作，防止越權(quán)導(dǎo)致的誤操作出現(xiàn)；
◆ 在操作層可以通過(guò)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前工況的分析，從而達(dá)到對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種操作保護(hù)限制，比如開、關(guān)允許條件等，防止操作員操◆ 作失誤。重要的設(shè)備操作采用二級(jí)菜單確認(rèn)，保證操作員不會(huì)出現(xiàn)鼠標(biāo)或鍵盤誤點(diǎn)擊產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。
◆ 在邏輯層可以附加更多的安全保護(hù)策略，精餾塔的五級(jí)塔全回流邏輯保護(hù)，能夠在聯(lián)系密切的五個(gè)精餾塔中一個(gè)或多個(gè)塔參數(shù)波動(dòng)的情況下，盡可能的保持正常塔的穩(wěn)定工作。

所有的聯(lián)鎖投切條件操作權(quán)限僅僅開放給相應(yīng)工藝車間的工程師，只有得到工藝車間的工程師授權(quán)后，才能夠?qū)υ撥囬g的聯(lián)鎖投切條件進(jìn)行操作，由專業(yè)人士監(jiān)管可以盡量避免和減少人為因素造成的嚴(yán)重后果。

歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警、操作記錄和所有事件均會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)記錄，任何時(shí)間在任何機(jī)器上的操作記錄均能追究到人。

可以針對(duì)每個(gè)工藝車間的每臺(tái)操作員站獨(dú)立設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)，可選擇強(qiáng)行彈出預(yù)設(shè)的重要參數(shù)報(bào)警的方式來(lái)提醒操作員，報(bào)警聲音和報(bào)警畫面同步警告操作員。每臺(tái)操作員站獨(dú)立設(shè)置光字報(bào)警能夠保證操作員不會(huì)被自己工作范圍外的報(bào)警信息所打擾，提高工作效率和專注度，第一時(shí)間及時(shí)處理系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題。

圖3     冷氫化急冷塔排污罐聯(lián)鎖

系統(tǒng)的穩(wěn)定性其實(shí)與安全性密不可分。EDPF-NT+系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟件平臺(tái)、總線結(jié)構(gòu)、控制器、IO卡件、過(guò)程接口等方面著眼，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4、人機(jī)界面
操作畫面全部為中文環(huán)境，簡(jiǎn)單易學(xué)，操作方便, 可以直接看到所有的測(cè)點(diǎn)信息，包括Hart通訊傳上來(lái)的各種數(shù)據(jù)、邏輯細(xì)節(jié)圖、測(cè)點(diǎn)詳細(xì)信息、自診斷信息，操作記錄查詢方便。通用可篩選的全系統(tǒng)事件信息、實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)、聯(lián)鎖投切、聯(lián)鎖條件、順控狀態(tài)等查看方便。自動(dòng)投運(yùn)狀態(tài)畫面上的閥位反饋均來(lái)自于Hart的真實(shí)閥位反饋，對(duì)于操作員判斷閥門故障狀態(tài)意義很大。另外，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)投用率很高，大大提高了控制的精度和可靠性。氫氣進(jìn)料、三氯氫硅進(jìn)料、混合器進(jìn)料、尾氣壓力調(diào)節(jié)等自動(dòng)回路均投入了自動(dòng)，還原爐調(diào)功通過(guò)操作員修改每小時(shí)電流增量的半自動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)，效果較好。在這種自動(dòng)化投入率的情況下，每個(gè)還原操作員能夠同時(shí)完成5-6個(gè)還原爐的常規(guī)操作，提高了效率也降低了人員成本。
  
圖4    還原爐進(jìn)料控制畫面

  
圖5   壓縮機(jī)參數(shù)畫面

  

圖6    電加熱各芯溫度顯示預(yù)警

此國(guó)電智深EDPF-NT+系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是集中控制、全面掌握，自動(dòng)化投入率高的情況下，每個(gè)操作員能夠同時(shí)完多項(xiàng)常規(guī)操作，提高了效率也降低了人員成本。大型設(shè)備如冷凍機(jī)壓縮機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，聯(lián)鎖參數(shù)方便管理和預(yù)警，有效預(yù)防跳車事故的發(fā)生。電加熱各組參數(shù)一目了然，超溫報(bào)警可及時(shí)預(yù)判和調(diào)整，有效降低電加熱器燒壞的故障率，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)，提高生產(chǎn)效率。

圖7   壓縮機(jī)控制細(xì)目

國(guó)電智深EDPF-NT+系統(tǒng)的維護(hù)重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)通信，只有保證通信的安全、穩(wěn)定、暢通、可靠才能使系統(tǒng)發(fā)揮效能。另外，這套系統(tǒng)和電氣的交叉信號(hào)龐雜，比較集中，維護(hù)量比較大，必須制定嚴(yán)格的維護(hù)制度。
作者：宋永宏