自主開發(fā)的FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)典型應用

0引言
隨著科學技術的不斷進步，工業(yè)控制系統(tǒng)正向著開放化、數(shù)字化、智能化、分布化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS即順應了這一發(fā)展方向，正替代著傳統(tǒng)的DCS和PLC系統(tǒng)而成為主流的控制系統(tǒng)。另一方面隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術的日趨成熟，F(xiàn)CS也正逐步向工業(yè)以太網(wǎng)統(tǒng)一，形成通用的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)框架。

為順應工業(yè)控制發(fā)展的需要，沈陽自動化研究所從1997年起開始研究基金會現(xiàn)場總線FFH1，2001年起研究基金會高速以太網(wǎng)FFHSE。迄今為止，我所在研究的基礎上開發(fā)了各種H1智能儀表、H1I/O設備、FFH1/HSE網(wǎng)關設備和HSEI/O設備等，以及各種組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件和OPCServer等。

作為中國科學院知識創(chuàng)新工程項目《多總線集成的分布式工業(yè)控制系統(tǒng)》的示范工程，2003年我們對煉焦制氣廠的粗苯和精苯車間的控制系統(tǒng)進行了改造，在原有模擬設備和手動控制系統(tǒng)的基礎上，應用上位機以及我們自主開發(fā)的壓力表、網(wǎng)關和I／O設備等組成典型的FCS系統(tǒng)。該工程體現(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)低成本、易維護、易擴展等特點，還提高了企業(yè)的控制和管理水平，充分展示了FCS的優(yōu)越性。

1生產(chǎn)工藝
煉焦制氣是典型的連續(xù)生產(chǎn)過程。工藝流程一般如圖1所示。

我們的FCS涉及到的工藝包括粗苯工段和精苯工段，其中粗苯工段工藝流程包括洗苯系統(tǒng)和脫苯系統(tǒng)，其主要特點是：煤氣經(jīng)兩步終冷（溫度達到20～25?）和油洗萘后進入3個串聯(lián)的洗苯塔洗苯，苯蒸餾采用管式爐加熱（溫度達到180～200?）生產(chǎn)兩種苯，脫苯塔取消分縮器代之以回流泵，脫苯塔側線提取萘溶劑油。精苯工段是對粗苯進行精制，采用連續(xù)洗滌、熱油進料、連續(xù)精餾的工藝。
可見無論粗苯工段還是精苯工段，都需要對各生產(chǎn)工段的煤氣或蒸氣的壓力、流量和溫度等進行實時采樣，并在允許的范圍內(nèi)對其進行嚴格控制。因此可以采用FCS實現(xiàn)上述的檢測與控制功能。

2系統(tǒng)組成
2.1系統(tǒng)結構
①兩臺工控機及兩個控制柜。粗苯車間與精苯車間各一套，分別位于兩樓，之間相隔約200m。工控機作為上位機（Host），控制柜用來安裝網(wǎng)關及各種I／O設備。兩臺工控機分別通過以太網(wǎng)連接到控制柜中的Hub上，兩個Hub之間通過以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)工控機數(shù)據(jù)共享。
②精苯工段控制柜中安裝4個FFHSEI／O設備，各設備通過以太網(wǎng)連接到Hub上。
③粗苯工段控制柜中安裝一個FFHSE／FFH1網(wǎng)關和3個FFH1I／O設備，網(wǎng)關通過以太網(wǎng)連接到Hub上，I／O設備連接到現(xiàn)場總線集線器上。
④粗苯工段現(xiàn)場安裝4個FFH1壓力變送器，通過安全柵連接到控制柜中的現(xiàn)場總線集線器上，距離約200m。
I／O設備也被稱為分布控制單元，具有AI、AO、DI、DO等多路模擬和數(shù)字輸入輸出端口，可以連接各種模擬或數(shù)字儀表以及執(zhí)行器等。各儀表接入I／O要通過安全柵隔離，以實現(xiàn)本質(zhì)安全。各工段I／O點數(shù)為：粗苯工段AI36點，AO6點；精苯工段AI42點。系統(tǒng)結構如圖2所示。