SunyPCC800在化肥生产控制系统中的应用

■化肥生产控制系统的特点
化肥生产是高能耗的工业，其生产成本主要取决于系统的能耗，系统能耗除了与采用的工艺流程有关外，在很大程度上取决于系统控制的算法及稳定性，因此，化肥生产过程的控制系统对整个生产成本具有关键意义。
    化肥生产系统是由一个个相对独立的单元（工段）组成的。各单元之间具有密切关系。上一单元的产品或输出，即为下一单元的原料或输入，各个单元相互紧密联系形成一个连续的生产过程。各个单元在地域上相互分散，但距离又不很远。以煤头8.13尿素生产为例，整个生产过程可以分为水汽、造气、脱硫、压缩、变换、脱碳、合成和尿素等主要单元（工段）。上述各单元（工段）的操作在工艺上密切联系，但在地域上分散、在控制上相对独立。因而化肥生产过程自动化具有许多特点，其主要有：
    ● 实现各个单元操作的集中监控，包括：温度、压力、流量、液位、成分以及大型转动设备的电流等物理量的监测与控制。
    ● 必要的遥控措施，确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点（阀门、马达等）实施遥控。
    ● 配置必要的报警和联锁。
    ● 重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。
    ● 可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。
    ● 厂级调度可随时监测各单元的主要运行情况，并对各单元发出开环的操作指令。

■化肥生产控制系统的现状及不足
目前国内外大型的DCS（集散型控制系统）可以很好地满足上述各项要求，而且已发展到整个流程集中在一个中央控制室进行监控。此中控室内集中了多台操作员站，每个或几个生产单元占用一台或几台操作员站。由于是集中在一个中控室内，因此各单元之间的信息交流也就变得十分方便。这种监控方式已被大量的实践所证明是可行的，也是先进的，为进一步实施全流程的科学管理，实现“管控一体化”创造了很好的条件。但是这种监控方式也存在着一些不足，即：
    ● 大型的DCS投资比较高，对一些资金较为紧张的中、小企业会感到困难。
    ● 现场的信号线要全部集中到中控室，不仅施工量大，投资大而且对于已有企业的改造来说变动较大、停车时间较长。
    ● 由于大量各种线路非常集中，解决信号干扰增加困难，维护维修也不太方便。
    ● 实现中控室集中监控后，就地除了一些压力表等就地仪表外就没有任何显示仪表，不便于巡回检查，不便于升温、还原等化工开车阶段或维修主要化工设备时的操作。
    ● 不便于老厂逐步按单元实施自动化改造。

■解 决 方 案
为了解决上述问题，我公司提出了一套以PCC800集成控制器为核心的化肥生产控制装置。每个控制装置监控一个或二个相邻的化工单元（工段）。多个装置通过网络连成一个局域网，上设能统览全局的调度员站和工程师站，各装置之间也可互通信息。由此组成一个分布式的全厂监控系统（图）。这套系统具有以下特点：


    ● 可实施每个单元（工段）的集中监控，每个集成控制器组成的监控装置有一个或二个“人——机界面”——显示屏和键盘。如采用两个，这二套“人——机界面”可互为备用，提高了这装置的可靠性。
    ● 每个集成控制器由电源、控制器、I/O通道、通讯部件和“人——机界面”组成。其中电源、控制器、I/O通道及通讯网络均可按需要作冗余配置。因此整套系统的组成灵活可靠性极高。
    ● 由于单元监控装置是设在各单元内，实现了各单元的集中监控，而调度员站则通过工业以太网设在厂区的调度室内，同时各化工单元控制器之间又能互通信息，因此可以实现由大型DCS型系统实现的所有功能，而价格比大型DCS的优惠的多，因此，该系统具有很高的性价比。
    ● 由于这种装置安装在单元（工段）的就地控制室内，如是老厂改造，除了新增加的控制点外，其与现场仪表的连接电缆基本上可以用原来常规仪表所采用的电缆，既节约了投资又可加快改造的进度。
    ● 既具备了单元单体集中监控的方便性，可以照顾到原有操作工的操作习惯，又能实现厂一级的全面监控与调度，为进一步实现全厂管理一体化创造了良好的条件。
    ● 可以以单元（工段）为目标在厂内一个工段、一个车间地进行滚动式的改造，最终达到全厂联网并建立调度站的目标。这特别适合于老企业的改造。这种滚动式渐进的改造方式可以大大减轻企业的资金压力对生产的影响也较小，容易为老企业所接受。
    总之，该装置开辟了实现过程自动化的一条新途径，可以以较低的资金投入，较短的实施周期滚动、渐进式地实现中、小型化肥企业的自动化改造。

监控装置的构成和技术参数
(一)构成核心及其特点
    此装置的核心是SunyPCC800智能集成控制器，它是浙大中自集成控制股份有限公司采用尖端的电子技术、仪表控制技术、现代控制理论，吸取当今各种控制系统的长处，集成综合了无纸记录仪、多功能回路控制器、顺序控制器、可编程控制器、集散控制系统、先进控制策略、图形操作界面和在线实时组态工具，专为满足中小型工业过程的监视、记录、操作、控制、优化和集成管理而最新设计的可编程计算机控制装置。它最多可有256个通用模拟量输入/输出或512个数字量输入/输出，可以提供最灵活的输入和输出硬件配置。具有丰富的模拟和数字控制、先进控制、优化控制算法。它的主要特点有：

1．可靠性
    SunyPCC800系统的设计、开发和生产过程严格遵循国际《ISO9001质量保证体系》，从设计、制造和服务各环节保证可靠性，并采取多种保证可靠性的措施。其中最重要的是广泛采用了冗余技术。
    ● 电源冗余：控制器电源可配置1:1冗余。
    ● 主控模板冗余：主控模板1:1热冗余，无扰动切换。
    ● 通讯冗余：在任何一条网络失效的情况下，保证系统通讯的正常工作。
    ● I/O模板冗余：生产中比较重要的I/O也可以实现冗余配置。
    SunyPCC800的所有I/O模板及模块均采用智能化设计，可使系统的控制功能分散到板级，先进的信号前端处理技术使SunyPCC800做到“服务到端子”，真正体现了危险分散的思想。
    ● 实现了板级状态自检和故障诊断，可及时通知技术人员进行维护。
    ● 所有现场信号全部实现了“点-点隔离”、“点-机隔离”。
    ● 低功耗设计，隔离、屏蔽、全封闭安装，抗干扰能力强。
    ● I/O模板、主控模板均支持带电插拔。
    ● 分布式全隔离供电，避免了过多电源布线产生的电源干扰。
    ● 系统在适应性、噪声、电磁兼容性等方面都遵循世界先进的产品标准。
    ● 配件、备品类型少、通用性强、储备成本低。

2．稳定性
    SunyPCC800系统的各种模板在电路设计上均实现了模块化、智能化，并采用了“在线自校正”技术，能够根据系统运行环境的变化自动补偿，有效的抑制了“零漂”，保证系统的稳定性和精确性。
系统各个环节在运行的同时都能够进行实时自诊断，并将诊断结果及时反映给用户。当发现自身有故障发生时，智能模板会重复上一个操作以期自动恢复。一旦发现无法自动恢复，则自动与系统隔离，从而避免了对系统其它部件的影响。因此，SunyPCC800系统具有极强的稳定性，平均无故障运行时间达100000小时。

3．开放性
    组态软件运行于中文Windows环境之下，全面支持ODBC、OPC及ActiveX。技术人员通过简单的培训即能对应用系统进行组态生成，操作人员通过简单的培训就能熟练地对系统进行各种操作。
全面汉化的组态软件，清晰的组态思想，基于Windows窗口技术的操作界面，使用户自己可以生成应用系统，不仅降低了系统的工程费用，而且用户通过自己生成系统可以充分地掌握系统的全部功能，因而维护和控制方案的升级修改极为方便。各种汉字报表和分析报告为领导决策提供方便、可靠的依据。
    符合IEEE1131-3标准的组态语言，包括功能块图FBD（Functional Block Diagram），梯形图LD(Ladder Diagram)，结构化文本ST(Structured Text)等。
    向上支持TCP/IP协议，可直接接入MIS系统，成为企业级的管理控制一体化系统。

4．灵活性
    SunyPCC800采用了多层网络分布式结构，I/O模块实现模块化、智能化，系统的配置方式更加灵活方便，在系统允许的范围内可以任意配置。能够应用于中小型生产装置的监测和控制。通过接入管理网络，可以构成大型系统，以适应工厂、企业级的总体控制和管理。
    SunyPCC800扩展机笼可以以远程I/O单元的方式通过控制网络CNet与主机笼连接成为一个系统，构成一个地域分布形的控制系统。

5．方便性
    SunyPCC800采用板级故障诊断技术，并显示故障状态，可以帮助维护人员及早发现系统中存在的故障。
    调理模板和主控制器均有运行状态指示灯，包括电源、通讯、故障指示等，打开显示操作面板就可以看到各模板运行情况。
    I/O模板和主控模板都可带电直接拨插，如果系统采用冗余配置，则运行板和备份板可以实现自动无扰切换，更换故障板时，对回路无影响。

6．网络性
    灵巧总线SmartBus的设计使I/O调理模板与各智能I/O模块连接起来，从而将现场控制级的设备进一步分散化，系统与现场信号之间的隔离更加彻底，大大提高了系统的可靠性和可维修性。
    SunyPCC800将主控模板和I/O调理模板之间的并行总线连接改进为串行现场总线连接，构成可靠性高、抗干扰能力强、通信速率快的控制网络CNet。
    工业以太网设计使得SunyPCC800既能够吸收其它系统作为自己的一部分，又能够接入其它系统成为其一个节点。
    完善的实时自诊断、自纠正、自恢复、自隔离手段使得SunyPCC800网络数据的传输更快更可靠，同时系统还实时显示各个组成部分的运行状态，及时提醒用户故障源所在，并据此进行维护。

（二）、其它辅助设备
    在单元监控装置的操作台上还设有下列辅助设备，具体的数量和种类随不同的化工单元而定。
    ● 与调度室及其它化工单元监控装置进行通讯的广播式电话。
    ● 电源开关及其指示灯。
    ● 联锁切除开关及其相应的指示灯。
    ● 报警指示灯及蜂鸣器（装于操作台内），操作站显示屏有详细的报警记录及确认与消铃按钮，此指示灯及蜂鸣器是为了加强报警的效果。
    ● 主要动设备的急停按钮。
    ● 报表打印机（外接）。

（三）、主要技术参数
1. 输入
    ● II型标准信号：0~5V、0~10mA
    ● III型标准信号：1~5V、4~20mA（可配电）
    ● 电压小信号：0-20mV、0-100mV
    ● 热电阻：Pt100、Cu50
    ● 数字量：10~26VDC
    ● 热电偶：B、E、J、K、S、T
    ● 脉冲信号：0~10 kHz
    ● 隔离阻抗：20M W @500V

2. 输出
    ● 模拟量：4-20mA
    ● 数字量：集电极输出，3~30VDC，1.25A


3. 通道
    ● AI：128； AO:128； DIO：256； PIO：256

4. 存储
    ● 128M RAM，20G HDD

5. 显示媒体
    ● 液晶尺寸：15.1”
    ● 分辨率：1024*768
    ● 颜色：16位
    ● 亮度：200cd/m2
    ● 背光MTBF：25000小时

6. 通讯网络
    ● 工业以太网：10M/100M 自适应，冗余
    ● USB：双口，USB ver.1
    ● CAN 总线：1MBPS，冗余
    ● SmartBus：模块总线到点

■小    结
SunyPCC800集成控制器应用与化肥生产过程控制，稳定可靠、性价比高、扩展能力强，为实现化肥生产自动化开辟了一条新途径。