基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的工廠Web網(wǎng)絡(luò)集成

1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展

控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變革， 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正是這種變革的產(chǎn)物。由于市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，世界各大控制系統(tǒng)廠家都相繼開(kāi)發(fā)了 各自的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品。為了規(guī)范其標(biāo)準(zhǔn)，IEC近期已通過(guò)了IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它 包括：IEC61158TS、ControlNet、Profibus、P-Net、FF-HSE、SwiftNet、WorldFIP、Inter bus、FF-H1等。

幾種標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，實(shí)際上也構(gòu)成了幾種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，也都有多家控 制系統(tǒng)公司產(chǎn)品支持。由于各廠家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)還會(huì)要保護(hù)自己過(guò)去的投資利益， 因此各廠家現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品也就各有其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ｉL(zhǎng)，這也使得我們?cè)趹?yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備或系 統(tǒng)時(shí)，要充分考慮對(duì)象的實(shí)際特點(diǎn)，來(lái)合理選擇系統(tǒng)，以最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用。

2 實(shí)際對(duì)象分析

本文討論的對(duì)象是一個(gè)冶煉與煙氣制酸過(guò)程，它包括鋅沸騰焙燒、鉛燒結(jié)，以及兩個(gè)冶煉過(guò) 程的煙氣混合后經(jīng)Monsanto動(dòng)力波洗滌再送Toposo WSA工藝制酸。其工藝流程較長(zhǎng)，設(shè)備布 置的地域分布較廣，雖然鋅的焙燒過(guò)程、鉛的燒結(jié)過(guò)程以及煙氣的洗滌與制酸過(guò)程都有一定 的 內(nèi)部控制要求，但由于是將兩個(gè)冶煉過(guò)程的煙氣混合后制酸，流程中哪一個(gè)工序的變化都會(huì) 對(duì)其他工序有密切影響，因此這是一個(gè)緊密聯(lián)鎖關(guān)系的長(zhǎng)流程，流程中許多工序如動(dòng)力波 洗滌和WSA制酸等，其內(nèi)部設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)與工藝參數(shù)密切相關(guān)，這要求電氣設(shè)備控制 與工藝儀表監(jiān)控必須統(tǒng)一考慮，基于上述的情形，可歸納為以下需求：

①由于各工藝內(nèi)部聯(lián)鎖控制與儀表參數(shù)控制的關(guān)系密切，因而要求工藝控制過(guò)程中電儀一體化;

②由于該流程是在老廠房?jī)?nèi)進(jìn)行配置，許多設(shè)備或控制室的布置只能利用原廠區(qū)的空地或原建筑物結(jié)構(gòu)，使得主控室、操作室、配電室與工藝設(shè)備距離較遠(yuǎn)，且不規(guī)范，為布線(xiàn)工程的 考慮要求儀表控制和電氣控制現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)化;

③由于整個(gè)工藝流程較長(zhǎng)，且各工序間具有緊密聯(lián)鎖要求，因此要求整個(gè)控制和管理網(wǎng)絡(luò)化。

對(duì)于上述需求下的控制系統(tǒng)配置，顯然用前節(jié)中所提及的任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)都難以完全滿(mǎn)足要求，這就需要根據(jù)具體情況來(lái)作具體配置，我們對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對(duì) 象需求進(jìn)行分析和比較如下： ①過(guò)程級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)儀表，基于FF(H1)總線(xiàn)的產(chǎn)品相對(duì)較多，可選擇的余地較大，我們選擇FF現(xiàn)場(chǎng) 總線(xiàn)儀表;就電氣設(shè)備而言，基于Profibus D/P總線(xiàn)、DeviceNet總線(xiàn)、以及Interbus總線(xiàn) 的產(chǎn)品相對(duì)較多，但智能型電氣設(shè)備多集中于Profibus D/P總線(xiàn)和DeviceNet總線(xiàn)，考慮到P rofibus D/P總線(xiàn)上不僅可掛分散I/O、智能電氣設(shè)備，而且能掛從站型的PLC，這樣給系統(tǒng) 的配置帶來(lái)了更大的靈活性，我們選擇Profibus D/P總線(xiàn)作為電氣控制總線(xiàn)。

控制功能的分配，將具有較復(fù)雜運(yùn)算功能要求的模擬量監(jiān)控或與工藝控制有關(guān)的狀態(tài)信號(hào)，由FF(H1)總線(xiàn)上的控制回路實(shí)現(xiàn)。對(duì)具有強(qiáng)聯(lián)鎖關(guān)系的電氣設(shè)備控制，出于速度和可靠 性考慮，選擇PLC作控制器進(jìn)行控制，對(duì)于一些用于設(shè)備聯(lián)鎖或保護(hù)的模擬量信號(hào)也由PLC進(jìn) 行控制。

盡可能地將回路控制功能分配到總線(xiàn)設(shè)備上，我們對(duì)總線(xiàn)輸出設(shè)備(即閥門(mén)定位器)分配PI D功能，這就使得控制真正分散，對(duì)于少量分散的不具有總輸入功能的設(shè)備，則選擇第三方 廠家的具有FF(H1)總線(xiàn)接口的分散I/O來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

在Profbus D/P總線(xiàn)上，基于電氣設(shè)備盡量接近動(dòng)力電源的考慮，將PLC的分散I/O置于現(xiàn)場(chǎng) 配電間或主體設(shè)備處，而將PLC主站置于主控室以便于通訊調(diào)試等。對(duì)自成體系的小系統(tǒng)或 設(shè)備，則使用PLC從站而置于主體設(shè)備處附近。

②監(jiān)控級(jí)

在這一級(jí)上可選的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有：通用工業(yè)控制以太網(wǎng)、高速以太網(wǎng)HSE(尚無(wú)可選產(chǎn)品)、C ontrolNet網(wǎng)、以及Profibus-FMS網(wǎng)等。由于本對(duì)象地域分布較廣，因而我們選擇工業(yè)控制 以太網(wǎng)，對(duì)于Profibus D/P總線(xiàn)上的PLC主站控制器和FF(H1)總線(xiàn)上通訊控制器之間的通 訊，考慮因高速以太網(wǎng)尚無(wú)定型產(chǎn)品，出于對(duì)通用以太網(wǎng)處理高速通訊時(shí)在可靠性方面的考 慮，我們用Modbus(RTU)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者間的通訊，同時(shí)采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器(Client/Server )模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和管理，在考慮與信息層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，在服務(wù)器內(nèi)配置了帶OPC的 控制管理軟件。

3 系統(tǒng)集成

從本對(duì)象的工藝流程及工藝設(shè)備與操作控制室的布置情況來(lái)看，系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)需按幾段工序集 中站點(diǎn)考慮，即按Web站思路布局，系統(tǒng)總監(jiān)控點(diǎn)在1700余點(diǎn)，系統(tǒng)FF設(shè)備近190臺(tái)。控制系 統(tǒng)構(gòu)筑如圖2所示。這里我嘗試且實(shí)現(xiàn)了多廠家控制設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備的集成。H1總線(xiàn)上 的總線(xiàn)設(shè)備主要采用了Emerson Procese Management 的3051壓力或差壓變送器，3244與848 T溫度變送器，DVC5010F與DVC5030F閥門(mén)定位器，Smar的FY302閥門(mén)定位器，YOKOGAWA的EJA1 10A差壓變送器，E+H的Pormag 53p電磁流量計(jì)等。電氣控制采用Si emens的S7-300主站PLC， 配置Profibus DP總線(xiàn)。在Profibus DP總線(xiàn)上集成有Siemens的S7-300從站PLC、S7-200從站 PLC、HMI、智能分散I/O、6SE71智能變頻器、以及ABB的ACS600智能變頻器等。上位監(jiān)控與 管理采用Emerson Procese Management的DeltaV來(lái)實(shí)現(xiàn)，Delta V總線(xiàn)控制器與S7-300PLC通 過(guò)Modbus(RTU)通訊，各控制站間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)及12端口雙速(10M/100M)光纖通 訊口Hub完成。多種控制產(chǎn)品的集成是通過(guò)操作站軟件、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)裝置數(shù)據(jù)庫(kù)、以及相應(yīng)的 應(yīng)用軟件等來(lái)實(shí)現(xiàn)，并用增強(qiáng)型專(zhuān)業(yè)工作站軟件進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理。這樣除各子站之間 實(shí)現(xiàn)相互的聯(lián)鎖控制之外還可提供操作信息的相互瀏覽，由于大量采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備，這使 得基礎(chǔ)過(guò)程設(shè)備的參數(shù)可在操作站上實(shí)現(xiàn)透明的Web瀏覽和參數(shù)的互操作，同時(shí)還配有OPC遠(yuǎn) 程服務(wù)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)與上層網(wǎng)絡(luò)的通訊，向工廠的管理網(wǎng)提供過(guò)程操作與數(shù)據(jù)趨勢(shì)的信息瀏覽服務(wù)。

系統(tǒng)的操作主要集中在4個(gè)控制室、對(duì)于監(jiān)視站布置還考慮了2個(gè)分廠辦公室。

沸騰爐控制室，主要監(jiān)控沸騰焙燒過(guò)程、余熱鍋爐及收塵等流程，設(shè)置2臺(tái)操作站，1臺(tái)工程 師站，設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制與管理站，PLC主站，對(duì)本控制站部分散的AI點(diǎn)從經(jīng)濟(jì)角度考慮， 采用Siemens分散AI模塊，通過(guò)Profibus D/P總線(xiàn)送進(jìn)系統(tǒng)處理。另外從本站通過(guò)光纜與在 分廠辦公室的工作站相連，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)方監(jiān)視。對(duì)于沸騰爐溫度的監(jiān)控采用Emerson Porcess Management 公司最新推出的848T總線(xiàn)型多點(diǎn)溫度變送器實(shí)現(xiàn)。