【摘要】
本文通過簡(jiǎn)要介紹濟(jì)鋼焦化廠數(shù)字化離線控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線及DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成做了簡(jiǎn)單敘述，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)配置、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等進(jìn)行了分析，說明了其設(shè)計(jì)思路及技術(shù)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】
現(xiàn)場(chǎng)總線　PROFIBUS　DCS　數(shù)字化　離線控制

1．引言
　　現(xiàn)代焦化企業(yè)，特別是大型焦化企業(yè)，其復(fù)雜程度越來越高，對(duì)這樣的復(fù)雜工藝的操作、控制和檢修的要求也越來越高。傳統(tǒng)的DCS由于其信息只限于過程測(cè)點(diǎn)，造成大量設(shè)備管理信息和維修信息的缺失，因此很難對(duì)工藝的優(yōu)化操作、優(yōu)化檢修起到有效的指導(dǎo)作用。
　　基于數(shù)字化離線控制技術(shù)的儀控系統(tǒng)，憑借其強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)總線支持功能和日益豐富的智能儀表和設(shè)備，將傳統(tǒng)DCS信息采集、診斷監(jiān)控范圍大大擴(kuò)展，從而可以有效地獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理和維修信息，通過高速通信網(wǎng)絡(luò)，這些信息可以送到SIS等上層軟件，對(duì)企業(yè)的優(yōu)化操作和優(yōu)化維修進(jìn)行進(jìn)一步的指導(dǎo)。
本文將重點(diǎn)介紹濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司焦化廠，并結(jié)合該廠在數(shù)字化離線控制技術(shù)方面的應(yīng)用，對(duì)數(shù)字化離線控制技術(shù)做初步探討。

2．濟(jì)鋼焦化廠簡(jiǎn)介
　　位于山東濟(jì)南的濟(jì)鋼焦化廠隸屬于濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司，始建于1958年7月，現(xiàn)有職工1440人,年產(chǎn)焦炭280萬噸。除為濟(jì)南鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)提供冶金焦炭外，還生產(chǎn)煤焦油、工業(yè)萘、焦化甲苯、焦化二甲苯、硫酸銨、混合油、洗油、煤瀝青、焦?fàn)t煤氣等20余種化工產(chǎn)品。濟(jì)鋼焦化廠生產(chǎn)系統(tǒng)包括5座 JN43-80型焦?fàn)t、兩座JN60-6型 焦?fàn)t，以及配套的備煤、干熄焦和化產(chǎn)回收與精制系統(tǒng)。濟(jì)鋼焦化廠始終致力于焦化工藝技術(shù)的進(jìn)步，不斷探求新技術(shù)、新裝備在焦化工藝中的應(yīng)用。在生產(chǎn)操作上廣泛的采用了集中控制技術(shù)。備煤、煉焦、干熄焦、化產(chǎn)回收、制冷等系統(tǒng)的操作全部采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作，重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，推焦計(jì)劃的編制均由計(jì)算機(jī)控制，有效的降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)操作的準(zhǔn)確性。
　　該廠自動(dòng)化系統(tǒng)范圍涵蓋傳統(tǒng)意義上的DCS、DEH、變送器、智能高中壓配電系統(tǒng)、智能低壓配電系統(tǒng)、電磁閥、閥門定位器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、MIS、SIS及主控室設(shè)計(jì)。
　　儀控系統(tǒng)中DCS系統(tǒng)大量采用了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及HART協(xié)議，通過現(xiàn)場(chǎng)總線等方式，將智能儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、高低壓智能保護(hù)裝置及電磁閥等接入主DCS，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理，設(shè)備維修信息等通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)入DCS和上層SIS、MIS軟件，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及優(yōu)化維修管理，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中控制。

3．系統(tǒng)配置

圖1　系統(tǒng)配置圖
　　濟(jì)鋼焦化廠DCS控制系統(tǒng)配置如圖1所示。系統(tǒng)共分三個(gè)層次，即：操作管理層、過程控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。操作管理層集成了SIS、MIS和ERP功能，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和設(shè)備的狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔管理、設(shè)備狀態(tài)檢修管理、報(bào)表管理等。過程控制層包括多對(duì)冗余的控制單元DPU、工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)等，DPU實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)，并提供與管理層和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備層的接口，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括遠(yuǎn)程智能I/O，帶PROFIBUS總線接口的智能設(shè)備，如：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變送器、智能控制器等。操作管理層與過程控制層通過高速工業(yè)以太網(wǎng)相連，過程控制層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線相連，通訊速率可達(dá)100M。

3.1系統(tǒng)配置特點(diǎn)
　　DCS系統(tǒng)包括6000余個(gè)模擬量輸入、模擬量輸出點(diǎn)382個(gè)，流量計(jì)輸入點(diǎn)265個(gè)，開關(guān)量輸入860個(gè)，開關(guān)量輸出420個(gè)，這些信號(hào)中采用常規(guī)信號(hào)的，通過ABB的AC800F遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行采集并通過PROFIBUS－DP與DPU相連，采用HART協(xié)議的儀表通過HART協(xié)議與遠(yuǎn)程I/O通訊。除此而外，整個(gè)系統(tǒng)包括320個(gè)電磁閥、300個(gè)閥門定位器、200多臺(tái)氣（電）動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些智能設(shè)備均通過PROFIBUS－DP與DPU相連。
DCS與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接方式根據(jù)距離和環(huán)境有兩種，即光纖連接和屏蔽雙絞線連接。

3.2使用數(shù)字化離線操作技術(shù)帶來的好處
　　濟(jì)鋼焦化廠使用數(shù)字化離線控制技術(shù)帶來的好處可以歸納如下：
　　在技術(shù)層面上，由于在DCS系統(tǒng)中采用現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS，PROFIBUS的屏蔽雙絞線和光纖大大提高了系統(tǒng)信號(hào)的抗干擾能力，提高了系統(tǒng)整體可靠性，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線的使用，也使得從熱工過程到系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)減少，系統(tǒng)整體精度提高；另外現(xiàn)場(chǎng)總線預(yù)制電纜的使用，大大減少了傳統(tǒng)手工作業(yè)的鏍釘端子數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)的整體安全性。
　　在運(yùn)行層面上，由于采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，系統(tǒng)的監(jiān)控范圍從傳統(tǒng)的系統(tǒng)端子排擴(kuò)展到全廠，真正實(shí)現(xiàn)了全廠監(jiān)控，同時(shí)由于可方便采集設(shè)備的管理、診斷及維修信息，使系統(tǒng)具有完善有效的設(shè)備診斷功能，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程編程和維護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)了全廠數(shù)據(jù)的集中管理，使設(shè)備的狀態(tài)檢修成為可能，提供更多的設(shè)備信息使操作和維護(hù)得到優(yōu)化。

4．小結(jié)
　　使用數(shù)字化離線控制技術(shù)后，由于大量設(shè)備管理信息（如設(shè)備KKS編號(hào)、設(shè)備版本號(hào)等）及設(shè)備診斷維修信息（如設(shè)備故障狀態(tài)、設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備累計(jì)啟停次數(shù)等）通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)入DCS并進(jìn)一步到上層SIS等軟件，因此對(duì)DCS提出了新的要求。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，因其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)考慮了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的支持（如集成接口等）和更多信息的處理（如1000M網(wǎng)絡(luò)，大容量冗余服務(wù)器技術(shù)等）能夠滿足數(shù)字化企業(yè)技術(shù)上的要求。
　　數(shù)字化離線控制技術(shù)，其核心是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。PROFIBUS以其開放性、寬廣的應(yīng)用適應(yīng)性（適合智能儀表和智能電氣設(shè)備）和廣泛的智能設(shè)備和儀表支持，獲得了快速的發(fā)展，在全球已有超過1300萬節(jié)點(diǎn)。而其新一代產(chǎn)品，基于工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET更可將工業(yè)以及網(wǎng)延伸到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)。
　　數(shù)字化離線控制很重要的組成部分是上層組態(tài)及顯示控制等應(yīng)用軟件，上位系統(tǒng)只有對(duì)通過現(xiàn)場(chǎng)總線送上的各種設(shè)備管理和診斷維修信息進(jìn)行有效處理，才能對(duì)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的操作運(yùn)行、管理和維護(hù)維修起到指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
　　在濟(jì)鋼焦化廠的數(shù)字化離線控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，其穩(wěn)定性以及人機(jī)界面的友好和豐富的控制功能均比原來的控制系統(tǒng)提高很多，得到了工藝人員和自控維護(hù)人員的好評(píng)，為實(shí)現(xiàn)焦化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行和周邊環(huán)境的改善提供了保障。但在這期間也發(fā)現(xiàn)了某些問題，以期在后期維護(hù)手段跟上的時(shí)候進(jìn)行對(duì)此進(jìn)一步的完善。其一，主控人員的素質(zhì)。離線控制要求主控人員既要掌握工藝生產(chǎn)的全況，又要了解現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行狀況，還要熟知計(jì)算機(jī)操作的基本知識(shí)，所以對(duì)于主控人員的素質(zhì)要求較高，短時(shí)間內(nèi)主控人員還不能達(dá)到這個(gè)要求。其二，現(xiàn)場(chǎng)儀表的可靠性有待檢驗(yàn)，全過程離線操作要求現(xiàn)場(chǎng)儀表具有高可靠性及高穩(wěn)定性，但由于焦化企業(yè)環(huán)境的特殊性，大部分介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性的特點(diǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)儀表的可靠性與否有待檢驗(yàn)。
　　總之，濟(jì)鋼焦化廠在成功應(yīng)用數(shù)字化離線控制技術(shù)以后，無論從勞動(dòng)效率、工人的勞動(dòng)環(huán)境方面都較以往有了較大程度的改善，特別是在年產(chǎn)量翻一番的情況下，基本沒有增員，創(chuàng)造了同類焦化企業(yè)的先河。