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1 引言
集散控制系统(Total Distributed Control System，亦称分散型综合控制系统，简称DCS)是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，是完成过程控制、过程管理的现代化控制系统。 2 JX-300X系统简介
JX-300X集散控制系统的基本组成包括工程师站(ES)、操作站(OS)、控制站(CS)和通讯网络SCnet II。
为方便JX集散控制系统升级、网络扩展优化，通过在JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元(BCU)，可实现与JX-100、JX-200、JX-300系统的连接;在通讯网络上挂接通信接口单元(CIU)，可实现JX-300X与PLC等数字设备的连接。
JX-300X控制站以先进的微控制器(30MHz Philips P51XA)为核心，提高了系统的实时性和控制品质，系统能完成各种先进的控制算法:过程管理级采用高性能CPU的主机和WINDOWS95/NT的多任务操作系统，以适合集散控制系统良好的操作环境和管理任务的多样化;过程控制网络采用双重化的Ethernet网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。JX-300X控制系统结构图如图1所示。
图1 JX-300X控制系统 结构图
图1中: OS:操作站; ES:工程师站; MFS:多功能计算站; BCU:总线变换单元; CIU:通讯接口单元; PCS:过程控制站; LCS:逻辑控制站; DAS:数据采集站; SBUS:系统I/O总线; IOU:IO单元; RIOU:远程IO单元。
3 水处理工艺流程
莱钢轧钢厂中小型车间水处理主要由以下系统组成:
(1) 净环水循环系统工艺流程图如图2;
(2) 浊环水循环系统工艺流程图如图3。
水处理主要控制功能为:一次沉淀、二次过滤、三次冷却，监控的设备主要有8个吸水井(净环水系统:1#、2#、3#;浊环水系统:4#、5#、6#、7#、8#吸水井的液位)、水泵(水压、开启状态)、进出水管道(水压、水流量、水温)、7台过滤器(压差、电动阀门开启控制)、安全水塔(液位)等设备。
图2 净环水循环系统工艺流程图
图3 浊环水循环系统工艺流程图
水处理自控系统采用的是浙大中控的SUPCON DCS系统，系统内外总点数有400多点，十几幅全汉字动态画面。该系统运行在Windows NT环境中，拥有NT的更多功能，灵活易用，并且算法丰富，组态方便。SUPCON JX-300XDCS 由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。配置灵活是JX-300XDCS的特点，用户可根据需要，对卡件、网络进行冗余、部分冗余或不冗余选择，在保证系统可靠，灵活基础上，降低用户的费用。
3.1 系统配置
根据水处理系统规模，此系统设计了1个控制站，1个工程师站兼操作站。控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。工程师站兼操作站包括工控PC机、彩色显示器、鼠标、SCNET2网卡、专用操作员键盘、打印机等。在此机器上可完成系统组态维护、实时监控等功能。JX-300X DCS控制站内部以机笼为单位，本系统用了一个机柜中的两个机笼。JX-300X DCS控制站的机笼固定在机柜的多层机架上，每只机柜最多配置7只机笼:1只电源箱机笼和6只卡件机笼(可配置控制站各类卡件)。水处理过程控制网络采用Scnet2网络，Scnet2网络连接系统的工程师站、操作站和控制站，完成站与站之间的数据交换。Scnet2可以连多个Scnet2子网，形成一种组合结构。Scnet2网络又叫过程控制网，采用了双绞线高速冗余工业以太网作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。控制站网络又叫SBUS，采用主控制卡指挥式令牌，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。每个Scnet2网理论上最多可带1024个节点，最远可达10000m。系统构成如图4所示。
图4 系统构成示意图
3.2 控制站性能
JX-300X DCS控制站机笼内部卡件的型号分为两类:主控制机笼(配置主控制卡)和I/O机笼(不配置主控制卡)。每个机笼最多可配置20块卡件，即除了最多配置一对互为冗余的主控制卡和数据转发卡之外，还可以配置16块各类I/O卡件。水处理系统控制站主要配置如下:主控制卡1块(SP243X);模拟量输入模板(SP313X);数字量输入模板(SP331);数据转发卡(SP233);数字量输出模板(SP364)模拟量输出模板(SP233)。主控制卡必须插在机笼最左端的两个槽位。在一个控制站内，主控制卡通过SBUS网络可以挂接8个IO或远程IO单元(即8各机笼)。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保证实时过程控制的完整性。主控制卡的高度模块化结构，用简单的配置方法实现复杂的过程控制。
数据转发卡槽位可配置为冗余的两块数据转发卡。数据转发卡是每个机笼必配的卡件。如果数据转发卡按非冗余方式配置，则数据转发卡可插在这两个槽位的任何一个，空缺的一个槽位不可作为I/O槽位。
配置灵活时JX-300X DCS的特点，用户可以根据需要，对卡件选择全冗余、部分冗余或不冗余，在保证系统可靠、灵活基础上降低用户的费用。在配置时，地址设置应遵循以下原则:
(1) 主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范围是2-31。冗余配置时，主控制卡的地址遵循“I和i+1连续，且i必须为偶数，2≤i＜31”的原则，且地址不能重复。
(2) 数据转换卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，地址范围是0-15。冗余设置时，地址遵循“i和i+1连续，且i必须为偶数，0≤i＜15”的原则，且地址不能重复。
(3) 当I/O卡件按冗余方式配置时，互为冗余的两卡件槽位地址遵循“i和i+1连续，且i必须为偶数，0≤i＜15”。
3.3 网络配置
SUPCON JX-300X DCS系统采用高速工业以太网SCnet2作为其过程控制网络，它直接连接了系统的控制站、操作站、工程师站，通讯接口单元是传送过程控制实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性，通过连接网桥，SCnet2可以与上层的信息管理网或其他设备连接。
过程控制网络SCnet2是在10base Ethernet基础上开发的网络系统，各节点的通讯接口均采用了专用的以太网控制器。数据传输遵循TCP/IP和UDP/IP协议。
SCnet2的通讯介质、网络控制器、驱动接口等均可冗余配置，在冗余配置的情况下，发送站点(源)对传输数据包(报文)进行时间标识，接收站点(目标)进行出错检验和信息通道故障判断、拥挤情况等处理;若检验结果正确，按时间顺序等方法择优获取冗余的两个数据包中的一个，而滤去重复和错误的数据包。而当某一条信息通道出现故障，另一条信息通道将负责整个系统通信任务，通讯仍然畅通。
对于数据传输，除专用控制器所具有的循环校验、命令/响应超时检查、载波丢失检查、冲突检测及自动重发等功能外，应用层软件还提供路由控制、流量控制、差错控制、自动重发(对于物理层无法检测的数据丢失)、报文传输时间顺序检查等功能，保证了网络的响应特性，使响应时间小于1s。
在保证高速可靠传输过程数据的基础上，SCnet还具有完善的在线实时诊断、查错、校错等手段。系统配有SCnet2网络诊断软件，内容覆盖了网络上每一个站点、每一个冗余端口，每一个部件。网络各组成部分经诊断后的故障状态被实时显示在操作站上以提醒用户及时维护。
3.4 系统组态
用户界面友好,只需填表就可完成大部分的组态工作。软件提供专用控制站编程语言SCX(类C语言)、功能强大的专用控制模块、超大编程空间，可方便实现各种理想的控制策略。图形化控制组态软件SCcontrol集成了LD编辑器、FBD编辑器、SFC编辑器、数据类型编辑器、变量编辑器、DFB编辑器。SCcontrol的所有编辑器使用通用的标准菜单File、Windows、Help。灵活的自动切换不同编辑器的特殊菜单和工具条。
SCcontrol在图形方式下组态十分容易, 如图5所示。在各编辑器中，目标(功能块、线圈、触点、步、转换等)之间的连接在连接过程中进行语法检查。不同数据类型间的链路在编辑时就被禁止。SCcontrol提供注释、目标对齐等功能改进图形程序的外观。SCcontrol采用工程化的文档管理方法，通过导入导出功能，用户可以在工程间重用代码和数据。
3.5 丰富、实用、友好的实时监控界面
实时监控软件AdvanTrol是基于中文Windows NT/95开发的应用软件，支持实时数据库和网络数据库，用户界面友好，具有分组显示、趋势图显示打印、动态流程、报警管理、报表及记录、数据存档、现场控制站远程自诊断等监控功能。操作员通过丰富灵活的动态画面，可以方便准确地完成生产过程的监视、操作任务。根据水处理具体情况，分别制作了水处理工艺流程图、过滤间工艺流程图,主要参数的历史趋势图、调整画面及分组控制图等。通过操作站，可以清晰的掌握水处理的运行情况。如图6所示，在画面上有动态的工艺显示，实时、历史的报警记录窗，实时、历史的曲线记录窗，以及各种参数设定的弹出窗。
实时监控软件操作画面包括:报警一览、系统总貌、控制分组、调整画面、趋势画面、流程图、数据一览。当设备发生故障时，DCS系统发生声光报警，并附信息提示，供操作人员和维护人员参考。附表示出操作画面一览表。
附表 操作画面一览表
*调整画面是实时监控软件根据所组态的回路、模入信号点、自定义模拟信号点自动生成，一页只显示一个回路或模入信号点或自定义模拟信号点的信息。
3.6 事件记录功能
JX-300X提供了功能强大的过程顺序事件记录、操作人员的操作记录、过程参数的报警记录等多种事件记录功能，并配以相应的事件存取、分析、打印、追忆等软件。系统具有最小事件分辨间隔(1ms)的事件序列记录(SOE)卡件，可以通过多卡时间同步的方法同时对256点信号进行高速顺序记录。
3.7 控制方式
(1) 水泵控制
水处理各泵组均可实现机旁控制和远程集中控制。机旁控制通过机旁操作箱实现，远程集中控制则通过操作站进行;
(2) 过滤器控制
轧钢厂水处理共有8台过滤器，每台过滤器均有手动、半自动、自动三种方式，过滤器不设机旁操作箱，过滤器三种控制方式都是通过操作站实现。
在一个工作周期中，每台过滤器均有以下4种工作状态:过滤、排水、水反洗、过滤。正常工作时，7台过滤器处于过滤状态，1台过滤器处于反洗状态。每24小时一个周期，在一个周期众，每一个过滤器都要反洗一次，反洗完毕的过滤器在一个周期中不在进行反洗;
(3) 4#泵组变频电机控制
4#泵组为轧钢水冷段供水，采用3台355kW电机，工作方式为两用一备用。由于工艺要求此水泵水压必须保持恒压，故在设计中先用了3台MOTOCAN AC型变频器对4#泵组的3台泵进行控制。 4 结束语
该系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成，能简单、方便地完成整个工厂的控制、管理，是用于水处理系统理想的DCS系统。该系统于2002年投入运行以来，稳定可靠，在线修改和调试方便，确实给操作人员和维护人员带来很大的方便，在高产稳产，降低能耗和安全环保等方面发挥很大的作用，同时为进一步水处理自动控制的使用打下良好基础，达到了设计预期的效果，创造最佳的经济效益和社会效益。 参考文献
[1] 张新薇. 集散系统基础及其应用[M]. 北京:冶金工业出版社，1990.
[2] 侯朝桢. 分布式计算机控制系统[M]. 北京:北京理工大学出版社，1997.
[3] 胡受松,自控原理[M]. 北京:冶金工业出版社，2000. 作者简介
马 净(1977-) 女 工程师 主要从事工业自动化系统设计及软件编程工作。
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