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摘要： 讲述DCS自动控制系统的组成和DCS自动控制系统在河北钢铁集团公司宣钢焦化厂原料车间的应用。
关键词： DCS；以太网；PROFIBUS DP通讯；I/O控制站
中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720158－01
1 概述
河北钢铁集团公司宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线是在2008年筹建的，是宣钢炼铁容量增产的配套工程。在这项工程中，引入了DCS自动控制系统去控制电气设备和整条工艺生产线，经过多年生产实践，真正实现了自动化的生产过程，大大提高了配煤质量和运煤的生产能力。
2 DCS自动控制系统
2.1 DCS系统
DCS系统即集散控制系统，是综合了实际计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术的一种功能很强大的自动控制系统。它可以通过操作站对整个工艺生产过程进行监视、操作和管理，使得管理与现场分离，管理更加综合化和系统化。也可以通过控制站对工艺进程各部分进行分散控制，使得系统控制危险性分散、可靠性高、维护更方便。
2.2 计算机网络通讯控制
DCS系统采用网络通讯技术，宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线自动控制系统设计的主导思想，就是根据工艺流程和设备控制区域采用计算机网络通讯联接，从而实現了整条生产线的自动化控制。随着生产规模不断扩大，控制管理要求不断提高，我们在焦化厂原料车间新配煤生产线自动控制过程中使用了DCS系统。在这几年的生产实践过程中，DCS系统的优点得到了充分发挥，使得宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线在对生产的控制和管理上更加具有实时性、稳定性。
2.2.1 以太网。以太网是由硬件和软件两部分组成，由二者共同实现以太网系统各计算机之间信息的传递和共享，其功能是把主控台由计算机构成的人机界面连接在一起，构成了自动化级的数据通道。
2.2.2 PROFIBUS DP通讯。对于DCS系统来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。PROFIBUS DP是一个简单又便宜并且具有较高传送速度的通讯设备，其传送速率可以在9.6kb——12kb的范围内进行选择。正是PROFIBUS DP通讯设备的存在，满足了DCS控制系统的实时性要求。当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置都会被设成相同的速率，总线采用令牌的方式进行顺序存取来传递设定的参数、设备的状态、报警的信息以及控制连锁状态和控制命令。
2.3 I/O控制站、操作员站、工程师站
在宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线的DCS系统中，我们设置了现场I/O控制站，实现了地面站和控制台的连机操作，便于就近采集来自现场的信号。同时，I/O控制站分担了整个系统的I/O控制功能，这样避免了由于一个控制站点失效造成整个新原料配煤系统的停产，有利于提高整个系统的可靠性。
DCS系统的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。操作员站是DCS系统与操作人员进行数据、信息交换的设备，其主要功能是为运行操作人员提供良好的人机界面，使运行操作人员及时全面地了解现场设备运行情况，并对生产工艺过程进行实时的调节和控制。
工程师站是对DCS系统进行离线配置、组态工作和在线系统监控、网络节点维护，其主要功能是提供对DCS进行组态，并在DCS系统在线运行时实时地监控DCS网络上各个节点上设备的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置以及一些给定参数的设定，使DCS系统随时处在最佳的工作状态之下。
2.4 实时数据的采集和处理以及良好的人机界面
DCS系统是实时性的系统。实时数据采集与处理系统（Date Acqustion
System）是机组的信息中心，完成数据（现场的模拟量或开关量）的采集、处理，对宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线的各类运行参数、开关变量状态进行CRT显示，能对运行参数、开关变量状态及数据处理结果进行记录的存储、打印，实现声光报警，实时操作等功能。我们在对CRT显示画面设计时采用了数值、模拟图、柱状图、棒形图等多种显示方式；现场设备的运行状态通过CRT显示画面上不同颜色的圆形灯来区分，绿：正常运行；红：正常停车；黄：事故报警。良好的人机界面使得车间生产操作人员对现场设备运行参数和状态一目了然，正是这种良好的人机界面的图形显示技术，实现了生产操作人员对整个新配煤生产工艺进程的集中监视、数据的及时采集，通过对数据的处理再进行工艺流程的控制功能。同时DCS系统自身的报警功能能将报警内容和硬件的地址显示出来，为我们检修工作人员快速处理设备故障提供了依据，缩短了检修时间保障了生产的顺利进行。
3 DCS系统中变频器的使用
考虑到宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线传动皮带的不间断工作的特点，我们在新配煤生产线大功率主电机前安装了变频器调速装置。变频器调速装置对于大功率电机的保护反应灵敏，避免了电机设备发生故障，降低了设备的维护检修费用。其保护有主电源缺相、串口故障、电机缺相、输出接线故障、瞬时过流、电机过压、电网过压、电机堵转等，一旦发生以上故障，变频器调速装置会立刻切断主电机的进线电源，防止电机损坏。
变频器调速装置自身带有一块操作器，操作人员通过对变频器的参数进行设定和修改来实现对主电机的控制调节。操作器还可以和DCS系统连接，把电机实时参数（瞬时电流、瞬时功率等）通过CRT显示，生产岗位操作人员可以第一时间了解现场电机运行情况，同时，还可以通过操作站对电机运行参数进行修改赋值调节电机转速快慢来改变皮带传送的速度。
4 综述
通过多年生产运行，大家普遍认为DCS系统在宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线上的工作稳定、可靠。而事实告诉我们，我们设计的这套系统在经过初期的调试后，没有出现任何问题；它良好的人机界面，加上我们有很多在计算机上做工艺图和控制界面的经验，使得生产岗位操作人员经过短时间的培训后很快就熟悉了对生产的操作控制，我们的工作得到了大家一致的认可。由于DCS系统的运用，使得宣钢焦化厂新配煤生产线自动化程度很高，它分散控制、集中管理的优势，解决了原料车间新配煤生产线区域大、岗位人员少的问题。DCS系统的稳定运行，降低了设备故障率，减轻了检修人员的工作量，维护更方便。DCS系统有进行扩展和升级功能，我们在选择容量时也适当的留有余量以便适应今后发展生产和改进工艺的要求。
在焦化厂原料车间使用DCS控制系统获得的成功使得我们积累了经验，增强了我们的信心，为今后实现全公司自动化过程集中控制提供了更多保障。
参考文献：
[1]俞金寿、何衍庆，集散控制系统原理与应用[M].北京：中国化工出版社，1995.
[2]王常力、罗安主编，集散型控制系统的选型与应用，清华大学出版社，1996.6，第1版.
关键词： DCS；以太网；PROFIBUS DP通讯；I/O控制站
中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720158－01
1 概述
河北钢铁集团公司宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线是在2008年筹建的，是宣钢炼铁容量增产的配套工程。在这项工程中，引入了DCS自动控制系统去控制电气设备和整条工艺生产线，经过多年生产实践，真正实现了自动化的生产过程，大大提高了配煤质量和运煤的生产能力。
2 DCS自动控制系统
2.1 DCS系统
DCS系统即集散控制系统，是综合了实际计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术的一种功能很强大的自动控制系统。它可以通过操作站对整个工艺生产过程进行监视、操作和管理，使得管理与现场分离，管理更加综合化和系统化。也可以通过控制站对工艺进程各部分进行分散控制，使得系统控制危险性分散、可靠性高、维护更方便。
2.2 计算机网络通讯控制
DCS系统采用网络通讯技术，宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线自动控制系统设计的主导思想，就是根据工艺流程和设备控制区域采用计算机网络通讯联接，从而实現了整条生产线的自动化控制。随着生产规模不断扩大，控制管理要求不断提高，我们在焦化厂原料车间新配煤生产线自动控制过程中使用了DCS系统。在这几年的生产实践过程中，DCS系统的优点得到了充分发挥，使得宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线在对生产的控制和管理上更加具有实时性、稳定性。
2.2.1 以太网。以太网是由硬件和软件两部分组成，由二者共同实现以太网系统各计算机之间信息的传递和共享，其功能是把主控台由计算机构成的人机界面连接在一起，构成了自动化级的数据通道。
2.2.2 PROFIBUS DP通讯。对于DCS系统来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。PROFIBUS DP是一个简单又便宜并且具有较高传送速度的通讯设备，其传送速率可以在9.6kb——12kb的范围内进行选择。正是PROFIBUS DP通讯设备的存在，满足了DCS控制系统的实时性要求。当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置都会被设成相同的速率，总线采用令牌的方式进行顺序存取来传递设定的参数、设备的状态、报警的信息以及控制连锁状态和控制命令。
2.3 I/O控制站、操作员站、工程师站
在宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线的DCS系统中，我们设置了现场I/O控制站，实现了地面站和控制台的连机操作，便于就近采集来自现场的信号。同时，I/O控制站分担了整个系统的I/O控制功能，这样避免了由于一个控制站点失效造成整个新原料配煤系统的停产，有利于提高整个系统的可靠性。
DCS系统的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。操作员站是DCS系统与操作人员进行数据、信息交换的设备，其主要功能是为运行操作人员提供良好的人机界面，使运行操作人员及时全面地了解现场设备运行情况，并对生产工艺过程进行实时的调节和控制。
工程师站是对DCS系统进行离线配置、组态工作和在线系统监控、网络节点维护，其主要功能是提供对DCS进行组态，并在DCS系统在线运行时实时地监控DCS网络上各个节点上设备的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置以及一些给定参数的设定，使DCS系统随时处在最佳的工作状态之下。
2.4 实时数据的采集和处理以及良好的人机界面
DCS系统是实时性的系统。实时数据采集与处理系统（Date Acqustion
System）是机组的信息中心，完成数据（现场的模拟量或开关量）的采集、处理，对宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线的各类运行参数、开关变量状态进行CRT显示，能对运行参数、开关变量状态及数据处理结果进行记录的存储、打印，实现声光报警，实时操作等功能。我们在对CRT显示画面设计时采用了数值、模拟图、柱状图、棒形图等多种显示方式；现场设备的运行状态通过CRT显示画面上不同颜色的圆形灯来区分，绿：正常运行；红：正常停车；黄：事故报警。良好的人机界面使得车间生产操作人员对现场设备运行参数和状态一目了然，正是这种良好的人机界面的图形显示技术，实现了生产操作人员对整个新配煤生产工艺进程的集中监视、数据的及时采集，通过对数据的处理再进行工艺流程的控制功能。同时DCS系统自身的报警功能能将报警内容和硬件的地址显示出来，为我们检修工作人员快速处理设备故障提供了依据，缩短了检修时间保障了生产的顺利进行。
3 DCS系统中变频器的使用
考虑到宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线传动皮带的不间断工作的特点，我们在新配煤生产线大功率主电机前安装了变频器调速装置。变频器调速装置对于大功率电机的保护反应灵敏，避免了电机设备发生故障，降低了设备的维护检修费用。其保护有主电源缺相、串口故障、电机缺相、输出接线故障、瞬时过流、电机过压、电网过压、电机堵转等，一旦发生以上故障，变频器调速装置会立刻切断主电机的进线电源，防止电机损坏。
变频器调速装置自身带有一块操作器，操作人员通过对变频器的参数进行设定和修改来实现对主电机的控制调节。操作器还可以和DCS系统连接，把电机实时参数（瞬时电流、瞬时功率等）通过CRT显示，生产岗位操作人员可以第一时间了解现场电机运行情况，同时，还可以通过操作站对电机运行参数进行修改赋值调节电机转速快慢来改变皮带传送的速度。
4 综述
通过多年生产运行，大家普遍认为DCS系统在宣钢焦化厂原料车间新配煤生产线上的工作稳定、可靠。而事实告诉我们，我们设计的这套系统在经过初期的调试后，没有出现任何问题；它良好的人机界面，加上我们有很多在计算机上做工艺图和控制界面的经验，使得生产岗位操作人员经过短时间的培训后很快就熟悉了对生产的操作控制，我们的工作得到了大家一致的认可。由于DCS系统的运用，使得宣钢焦化厂新配煤生产线自动化程度很高，它分散控制、集中管理的优势，解决了原料车间新配煤生产线区域大、岗位人员少的问题。DCS系统的稳定运行，降低了设备故障率，减轻了检修人员的工作量，维护更方便。DCS系统有进行扩展和升级功能，我们在选择容量时也适当的留有余量以便适应今后发展生产和改进工艺的要求。
在焦化厂原料车间使用DCS控制系统获得的成功使得我们积累了经验，增强了我们的信心，为今后实现全公司自动化过程集中控制提供了更多保障。
参考文献：
[1]俞金寿、何衍庆，集散控制系统原理与应用[M].北京：中国化工出版社，1995.
[2]王常力、罗安主编，集散型控制系统的选型与应用，清华大学出版社，1996.6，第1版.