昌暉儀表組織考察了某企業國電智深EDPF-NT+系統，這種DCS系統給大家展示一種新的控制模式：壓縮機控制由DCS統一控制，現場所有壓縮機、還原調功柜、電加熱等由DCS實現邏輯控制，無縫對接，現場無需再配PLC，也減少了對壓縮機廠家的依賴。克服了很多企業控制系統五花八門，接口不統一，備件存量高，維護成本高等的缺陷。


整個國電智深DCS系統包括的主要工藝控制過程有： 
◆ 氯硅烷合成工藝控制系統；
◆ 精餾工藝控制系統；
◆ 還原爐控制系統(水系統及各調功柜)；
◆ CDI控制系統；
◆ 冷氫化控制系統（電加熱器）；
◆ 硅粉輸送控制系統（兩套）；
◆ 壓縮機控制系統（各工序冷凍機壓縮機）
◆ 鍋爐控制系統（兩套）,空調控制系統；

1、網絡結構和通信

圖2    國電智深EDPF-NT+系統網絡結構圖

國電智深EDPF-NT+系統采用對等網絡結構，無網絡服務器，降低了危險集中風險。采用廣播機制，保證網絡傳輸的實時性；沒有數據翻譯/轉換環節，減少延遲；縮短數據傳送路徑，提高系統響應性能；網絡冗余配置，雙網并發，接收冗余過濾，自愈型網絡多點相交，任何情況下保證通訊暢通內氣體報警GDS和加熱器等設備均通過雙絞線的形式接到位于網絡柜的串口服務器，再通過串口服務器接入DCS系統。而還原爐這些重要設備則通過交換機直接接入系統，由DCS控制器來實現modbus-TCP通訊，實現了更加穩定的通訊，并提供了額外的硬件冗余，保證了生產安全穩定。

數據庫結構：分布式數據庫的原點分布在各個站內，用點目錄文件實現分布于各站的數據庫的集中管理。DCS每個站都是數據源，全部站點數據源總和構成EDPF-NT系統完整的實時數據庫。每個站都可以接收且僅接收自己需要的實時數據。實時數據的更新方式支持組播和定閱兩種。采用以站為基礎的大容量分布式實時數據庫引擎核心，提高了系統動態安全性。域內、域間實時數據的組播和定閱兩種數據刷新方式。維護更加簡便、安全、可靠，并突破了數據實時性能瓶頸。

2、供電方式
采用兩路三相四線制380VAC輸入。兩路相互獨立的電源分別來自UPS和市電。正常工作時，UPS和市電各承擔50%的負荷，不會導致一路長期高負荷，另外一路無負荷的情況。當任何一路電出現問題的情況下，全部負荷會轉移到正常供電的那路輸入電上，當故障排除后，用電負荷會再次平分在兩路輸入電源上。控制柜電源為雙路電源輸入，每路電源為220VAC，通過機柜電源轉成24VDC，兩組24VDC電源同時工作。

3、安全性與穩定性介紹
所有與聯鎖和停車相關的測點與執行機構的硬件通道均采用冗余設置，對配置有電磁閥的氣動調節閥實行雙重動作，即切斷氣源的同時也將調節閥輸出恢復至安全位置。同時系統通過邏輯保證ESD動作級別高于聯鎖動作級別，聯鎖動作級別高于手動和順控動作級別。針對大型設備如氫壓機或者空調機組，設計完整的報警和跳閘邏輯，并提供跳閘首出等功能，方便設備運行時的監控和設備急停后的事故追憶。DCS的保護邏輯要遠比ESD更加豐富，能夠實現ESD的所有功能，但ESD保護認證層級更高。從通俗上來講，可以比作DCS可以達到2-3層的保護，而SIL3認證的ESD系統可以達到4-6層保護，甚至更多。

EDPF-NT+系統的安全策略是通過多個層級來實現的：
◆ 在硬件層有強化的機械電氣防護性能；
◆ 在通道層有通道冗余和細致的自診斷系統；
◆ 在用戶層有豐富的安全策略，通過域和用戶的劃分來實現復雜的操作權限結構，保證專業的人員從事專業的操作，防止越權導致的誤操作出現；
◆ 在操作層可以通過邏輯來實現當前工況的分析，從而達到對執行機構的各種操作保護限制，比如開、關允許條件等，防止操作員操◆ 作失誤。重要的設備操作采用二級菜單確認，保證操作員不會出現鼠標或鍵盤誤點擊產生的嚴重后果。
◆ 在邏輯層可以附加更多的安全保護策略，精餾塔的五級塔全回流邏輯保護，能夠在聯系密切的五個精餾塔中一個或多個塔參數波動的情況下，盡可能的保持正常塔的穩定工作。

所有的聯鎖投切條件操作權限僅僅開放給相應工藝車間的工程師，只有得到工藝車間的工程師授權后，才能夠對該車間的聯鎖投切條件進行操作，由專業人士監管可以盡量避免和減少人為因素造成的嚴重后果。

歷史數據、報警、操作記錄和所有事件均會被系統自動記錄，任何時間在任何機器上的操作記錄均能追究到人。

可以針對每個工藝車間的每臺操作員站獨立設計報警系統，可選擇強行彈出預設的重要參數報警的方式來提醒操作員，報警聲音和報警畫面同步警告操作員。每臺操作員站獨立設置光字報警能夠保證操作員不會被自己工作范圍外的報警信息所打擾，提高工作效率和專注度，第一時間及時處理系統出現的問題。

圖3     冷氫化急冷塔排污罐聯鎖

系統的穩定性其實與安全性密不可分。EDPF-NT+系統從網絡結構、軟件平臺、總線結構、控制器、IO卡件、過程接口等方面著眼，保證系統的穩定運行。

4、人機界面
操作畫面全部為中文環境，簡單易學，操作方便, 可以直接看到所有的測點信息，包括Hart通訊傳上來的各種數據、邏輯細節圖、測點詳細信息、自診斷信息，操作記錄查詢方便。通用可篩選的全系統事件信息、實時/歷史趨勢、聯鎖投切、聯鎖條件、順控狀態等查看方便。自動投運狀態畫面上的閥位反饋均來自于Hart的真實閥位反饋，對于操作員判斷閥門故障狀態意義很大。另外，整個系統自動投用率很高，大大提高了控制的精度和可靠性。氫氣進料、三氯氫硅進料、混合器進料、尾氣壓力調節等自動回路均投入了自動，還原爐調功通過操作員修改每小時電流增量的半自動形式實現，效果較好。在這種自動化投入率的情況下，每個還原操作員能夠同時完成5-6個還原爐的常規操作，提高了效率也降低了人員成本。
  
圖4    還原爐進料控制畫面

  
圖5   壓縮機參數畫面

  

圖6    電加熱各芯溫度顯示預警

此國電智深EDPF-NT+系統的優點是集中控制、全面掌握，自動化投入率高的情況下，每個操作員能夠同時完多項常規操作，提高了效率也降低了人員成本。大型設備如冷凍機壓縮機狀態數據實時監控，聯鎖參數方便管理和預警，有效預防跳車事故的發生。電加熱各組參數一目了然，超溫報警可及時預判和調整，有效降低電加熱器燒壞的故障率，保證生產的穩定連續，提高生產效率。

圖7   壓縮機控制細目

國電智深EDPF-NT+系統的維護重點是網絡通信，只有保證通信的安全、穩定、暢通、可靠才能使系統發揮效能。另外，這套系統和電氣的交叉信號龐雜，比較集中，維護量比較大，必須制定嚴格的維護制度。
作者：宋永宏