摘 要：本文介紹了SIEMENS公司的分布式控制系統(tǒng)SIMATIC DCS在白炭黑生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。闡述了系統(tǒng)的工藝流程、硬件配置、軟件配置和控制系統(tǒng)完成的主要功能。 關(guān)鍵詞：白炭黑;工業(yè)以太網(wǎng); DCS;SIEMENS;TI555;APT;WinCC 1 前言 　　氣相法生產(chǎn)的白炭黑是沈陽(yáng)化工股份有限公司的產(chǎn)品，自六十年代開發(fā)成功以來，一直采用儀表控制。為了克服儀表控制的漂移、不穩(wěn)定、不可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)自 動(dòng)化水平，我公司于1998年對(duì)白炭黑進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改造，我們采用了德國(guó)西門子公司SIMATIC DCS 過程控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。我們開發(fā)了適合于白炭黑現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用軟件。此套系統(tǒng)自98年2月開發(fā)成功并投入運(yùn)行以來，大大地提高了白炭黑的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本。2002年由于監(jiān)控站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)落后于時(shí)代，我們對(duì)此系統(tǒng)又進(jìn)行了二次改造，形成了目前的基于工業(yè)以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)。本文將就二次改造后的控制系統(tǒng)，從工藝流程、控制點(diǎn)到控制系統(tǒng)的軟、硬件方面進(jìn)行介紹。 2 工藝流程和設(shè)備簡(jiǎn)介 　　氣相法生產(chǎn)的白炭黑主要工藝過程如圖1所示。 [align=center] 圖1：氣相法生產(chǎn)的白炭黑主要工藝流程圖[/align] 　　空氣經(jīng)空壓機(jī)升壓后，通過冷卻器進(jìn)入噴淋塔，與低溫鹽水進(jìn)行換熱除水，然后進(jìn)入儲(chǔ)罐送至空氣分配臺(tái)。氫氣經(jīng)氫壓機(jī)升壓后，通過冷卻器進(jìn)入噴淋塔，與低溫鹽水進(jìn)行換熱除水，然后進(jìn)入儲(chǔ)罐送至氫氣分配臺(tái)。 　　四氯化硅由高位槽儲(chǔ)罐進(jìn)入汽化器。空氣分配臺(tái)來的汽化空氣進(jìn)入汽化器。將汽化后的四氯化硅送入水解爐內(nèi)，與由空氣、氫氣分配臺(tái)來的空氣、氫氣相混合發(fā)生水解反應(yīng)。生成的白炭黑粒子與其它反應(yīng)氣體一起進(jìn)入聚集器，聚集成較大的白炭黑粒子。通過旋風(fēng)分離器將反應(yīng)氣體與白炭黑分離。由旋風(fēng)分離器分離下來的白炭黑粒子通過噴射器連續(xù)加入到脫酸爐內(nèi)，脫去表面吸附的HCL。然后送至沸騰床內(nèi)，在沸騰床內(nèi)脫除大粒子的白炭黑進(jìn)入成品儲(chǔ)罐，經(jīng)真空壓縮后包裝成每袋5KG的成品白炭黑。 3 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 　　3.1 硬件配置 　　該控制系統(tǒng)有兩個(gè)控制站，選用性能先進(jìn)、可靠性高的SIEMENS公司的TI555型控制器。由于控制系統(tǒng)的I/O控制點(diǎn)數(shù)較多，因此又?jǐn)U展了1個(gè)I/O站。TI555型控制器，能通過分布式遠(yuǎn)程機(jī)架最多處理8192個(gè)I/O點(diǎn)，并且這8192個(gè)I/O可以是開關(guān)量和模擬量的任意組合。TI555的內(nèi)存為1920KB，它處理速度快，執(zhí)行1K字節(jié)布爾邏輯指令的時(shí)間僅為0.068ms，每秒可進(jìn)行600次回路計(jì)算，且處理獨(dú)立的PID回路數(shù)可達(dá)64個(gè)。 　　根據(jù)SIMATIC DCS分散控制、集中管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)設(shè)有2個(gè)操作員監(jiān)控站，選用的是西門子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝SIEMENS公司的CP1413通訊卡，采用國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使系統(tǒng)具有開放性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和資源共享。CP1413通訊卡通過EMS電氣轉(zhuǎn)換器分別與兩個(gè)控制站內(nèi)的CP1434TF通訊板卡相連。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示： [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　3.2 軟件配置 　　控制站的組態(tài)和編程是通過面向過程控制的軟件包APT（Application Productivity Tool）來實(shí)現(xiàn)的。順序控制和連續(xù)量的調(diào)節(jié)分別使用SFC順序功能圖表和CFC連續(xù)功能圖表來描述。APT的編程主導(dǎo)思想是把復(fù)雜的控制問題分解為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子單元。對(duì)常用設(shè)備閥、泵等的控制用DEVICE來描述，對(duì)I/O變量和內(nèi)部變量用具有實(shí)際意義的名稱，使編程和調(diào)試更加方便和快捷。APT可在程序編程過程中隨時(shí)驗(yàn)證所編程序的正確性，將編輯過程中的事件以報(bào)告形式存檔，并可完整地顯示和打印所編程序和報(bào)告。 　　操作站的監(jiān)控軟件選用SIEMENS公司的WinCC。WinCC即Windows_Control_Center（視窗控制中心），是SIEMENS公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。WinCC是一個(gè)強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡(jiǎn)單的過程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對(duì)話界面，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。 　　WinCC擁有先進(jìn)人機(jī)界面產(chǎn)品的所有功能，其集成的功能已包括： 　　● 圖形系統(tǒng) 　　用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖形對(duì)象進(jìn)行操作，圖形對(duì)象具有動(dòng)態(tài)屬性并可對(duì)屬性進(jìn)行在線組態(tài)。 　　● 報(bào)警信息系統(tǒng) 　　記錄和存儲(chǔ)事件并予以顯示，可自由選擇信息分類、信息顯示和報(bào)表，操作非常簡(jiǎn)便。 　　● 變量存檔 　　接收、記錄和壓縮測(cè)量值，用于曲線和圖表顯示及進(jìn)一步的編輯功能。 　　● 報(bào)表系統(tǒng) 　　用戶自由選擇一定的報(bào)表格式，按時(shí)間順序或事件觸發(fā)來對(duì)信息操作、文檔、當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶報(bào)表輸出。 　　● 數(shù)據(jù)處理 　　對(duì)圖形對(duì)象的動(dòng)作使用C語(yǔ)言及C編譯器進(jìn)行編輯。 　　● 標(biāo)準(zhǔn)接口 　　通過ODBC和SQL訪問用于組態(tài)和過程數(shù)據(jù)的SYBASE數(shù)據(jù)庫(kù)。 　　● 應(yīng)用程序接口 　　允許用戶編寫可用于擴(kuò)展WinCC基本功能的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序。 　　另外，WinCC還提供多種可選軟件包。如，通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標(biāo)系統(tǒng)的通訊軟件。 　　WinCC的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)可用標(biāo)準(zhǔn)工具如ODBC和SQL等讀出。很多標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用如Microsoft_Excel等可以和WinCC并行運(yùn)行，同時(shí)可通過DDE裝載過程數(shù)據(jù)。操作員站軟件允許通用的OCX、ActiveX鏈接。更進(jìn)一步，集成的OPC（OLE_for_process_control）服務(wù)器使得過程數(shù)據(jù)可由其它應(yīng)用程序（OPC客戶機(jī)）訪問。 4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　4.1監(jiān)控站的軟件設(shè)計(jì) 　　監(jiān)控站軟件實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的工藝流程畫面顯示，實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線顯示，報(bào)警等功能。 　　監(jiān)控站共繪制了圖形15張，其中工藝流程圖9張，報(bào)警圖1張，聯(lián)鎖圖1張，流量累積表2張，產(chǎn)品質(zhì)量表1張，總貌圖1張。在工藝流程圖上，可以觀察到各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)顯示，并可對(duì)回路控制進(jìn)行操作： 手/自動(dòng)切換、更改設(shè)定值、設(shè)置PID參數(shù)等?？偯矆D匯集了工藝流程圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面、歷史趨勢(shì)畫面、報(bào)警組、TAG組（過程組），每一次查詢都可從總貌圖開始，再向下進(jìn)行。 [align=center] 圖3：操作畫面總貌圖[/align] 　　4.2控制站的軟件設(shè)計(jì) 　　APT是面向過程控制的軟件包，適于對(duì)控制站的組態(tài)、編程和調(diào)試，也可監(jiān)控控制器的運(yùn)行狀態(tài)和變量。使用APT編程，對(duì)順序量控制和連續(xù)量的調(diào)節(jié)分別用SFC和CFC來描述。 　　我們先列出兩個(gè)SFC的編程例子和再舉兩個(gè)CFC的編程例子 。 　　4.2.1 SFC編程舉例 　　任何SFC的執(zhí)行都是從主SFC開始的，這里主SFC包括OK-4-NGHT（ 4# 晚班指示燈控制）、OK-2-NGHT（2# 晚班指示燈控制）、F1-Timer（流量累積之一）、F2-Timer（流 量累積之二）。主SFC結(jié)構(gòu)圖和編程如下： 　?。?）SFC：Main-SFC 　?。?）SFC OK-4-NGHT 4#白炭黑晚班產(chǎn)品質(zhì)量燈控制 　　4.2.2 CFC編程舉例： 　　用以下程序?qū)崿F(xiàn)流量累積開始、停止、復(fù)位按鈕之間的邏輯關(guān)系。這種邏輯關(guān)系可以使累積方式靈活，便于管理和考核。它們之間的邏輯關(guān)系為：假如按下復(fù)位按鈕，則 開始按鈕和停止按鈕為false，累積量清零。假如按下開始按鈕，則停止按鈕為false，開始累積。假如按下停止按鈕，則開始按鈕為false，停止累積。 　　標(biāo) 題: BTN-106 　　boolean: V12-1,V12-2; 　　begin 　　if RESET-106 then 　　STR-106:=false; 　　STP-106:=false; 　　F106-TOTAL:=0.0; 　　RESET-106:=false; 　　endif; 　　if STR-106 and not（V12-2） then 　　if STP-106 then 　　STR-106:=false; 　　endif; 　　V12-1:=true; 　　else 　　V12-1:=false; 　　endif; 　　if STP-106 and not（V12-1） then 　　if STR-106 then 　　STP-106:=false; 　　endif; 　　V12-2:=true; 　　else 　　V12-2:=false; 　　endif; 　　下面這段程序?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)聯(lián)鎖。聯(lián)鎖關(guān)系為：假如自動(dòng)按鈕已按下，當(dāng)被控點(diǎn)溫度小于 低限時(shí)，啟動(dòng)電加熱裝置，當(dāng)被控點(diǎn)溫度高于高限時(shí)，不管自動(dòng)按鈕啟動(dòng)還是停止，電加熱 裝置都停止，保證了安全，這里的溫度高限和低限可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況任意更改，這樣比較靈 活方便，并且可以節(jié)省能源。程序如下： 　　標(biāo) 題: LOCK-TS 　　begin 　　if KB-1 and TI-104 　　TS-104:=true; 　　endif; 　　if TI-104>TS-104-H and KB-1 or not（KB-1） then 　　TS-104:=false; 　　endif; 5 結(jié)束語(yǔ) 　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)的檔次也不斷提高。 由于CPU速度的增長(zhǎng)，滿足了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的要求;軟件技術(shù)的發(fā)展，使得應(yīng)用開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單，功能也更加全面。本系統(tǒng)自2002年9月正式投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)效果很好，系統(tǒng)功能豐富全面，而且易于操作和維護(hù)，系統(tǒng)可靠性高，至今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行一切正常，并帶來了可觀的效益。