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水质净化生产装置监控系统的集成化改造

刘三山1，万曼影1建厂1事正在洽谈当中，姚海东2

（1．上海交通大学动力装置及自动化研究所，上海200030；

2．上海石油化工股份有限公司，上海200540）

1 引 言

集散控制系统（Distributed Cont整套价格也比较昂贵rol System－DCS）集计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术于一体，广泛应用于生产过程控制系统。随着计算机和络技术的飞速发展，产生了一种新型的控制系统———现场总线控制系统（Fieldbus Control System－FCS）。但国内生产企业的情况是：大多数企业还处于模拟仪表和人工控制的阶段，采用DCS控制系统的企业仍是少数。由于DCS应用广泛、技术成熟，在现有的技术条件和市场条件下，FCS还不能完全取代DCS，而且目前现场总线设备和系统还十分昂贵。因此，除了新建企业外，国内企业在较长时间不可能全面采用现场总线技术，而必须走逐步发展、过渡的道路。

我们在上海石化股份公司环保部水质净化厂监控系统的改造项目中，对3个生产单元已有的DCS和PLC进行改造，增加通信功能，实现总调度室对各生产装置的集中监控。

2 系统改造方案

根据水质净化厂各生产单元的功能和建设阶段，分为厂外调节池、污水一段、氧化沟、四期污水处理、污泥脱水、污泥干化6个生产单元。另外，在厂部设有总调度室，但是总调度室的监控水平较为落后，改造之前基本上不能对各个生产单元进行监控。为了适应生产需要，提高生产效率，改善操作条件，加强监控手段，确保各生产装置的正常运行，急需对各生产单元和总调度室进行技术和设备的更新改造，从而能在总调度室对各装置进行监视管理，及时了解各装置的运行情况，达到指挥及时和调度准确的目的。

2．1 现场监控系统的改造

现场监控系统的改造要充分利用原有仪表和设备，主要考虑可靠性和实时性。首面部美容先对自控程度较高的3个单元进行改造（系统结构见图2—1）：

四期污水处理生产单元控制设备配置了两套ALL天馈系统EN－BRADELY公司PLC设备。25块开关量输入信号卡，可采集384点信号；7块开关量输出信号卡，可输出112点信号；3块模拟量2016 年 6 月 10 日至 7 月 10 日举行的欧洲杯输入信号卡，可采集24点信号。两套AB—P具有过流、过压、过载等保护装置LC通过DH＋（数据高速通道）实现数据共享。在原有的现场控制计算机上分别增加以太卡，通过以太将实时数据送到总调度室处理。 输出192点信号印刷电路；1块模拟量输入信号卡，可采集8点信号。系统运行采用遥控开关操作与全模拟流主令电器程盘显示。在原有的Siemens S5－115UPLC上增加RS－232通讯模块（CP524）和1台现场操作站，用点对点方法连接，使PLC的数据通过现场操作站送到以太上，与总调度室监控计算机通信。但RS－232传输速率只有9600bps，操作站仅对现场起到监视作用。 污泥干化生产单元控制设备采用Honeywell9200e PCS。系统配置了9块开关量输入信号卡，可采集288点信号；3块开关量输出信号卡，可输出96点信号；3块模拟量输入信号卡，可采集48点信号；

5块模拟量输出信号卡，可输出20点信号。由于现场使用的工业计算机的CPU、内存与硬盘都不能满足进行数据通讯等项要求，必须予以更新。新的计算机选用工业控制计算机，配置以太卡，使总调度室监控计算机可以通过以太访问Honeywell 9200e的实时数据。

由于3套控制系统为不同时期所建，采用了不同的PLC，不具备开放性，相互之间直接通信在技术上存在很大困难，且意义不大；并且3套装置距离较远，施工费用也将很高。综合考虑成本和效益，不再建立3个单元之间的现场级络。对其余3个自控程度较低的生产单元，可考虑使用现场总线技术，即可方便地实现各单元之间的通信。虽然现场总线的应用从技术和成本考虑都并非如宣传的那样完美，但它毕竟是一种开放、分散、可互操作的技术和产品，代表了控制领域的发展方向。在已有的DCS系统中应用现场总线新技术，实现FCS与DCS的集成，根据不同的应用需求，可有3种模式，具体可参阅文献［3］、［4］。

2．2 上位机络的实现

上位机络主要考虑络的可靠性、传输效率及可扩展性。Ethernet在工业领域的应用受到限制，主要是由于它采用CSMA／CD碰撞检测方式，在络负荷较大时，络的确定性不能满足工业控制的实时要求。但随着络技术的发展，Ethernet在工业控制领域的应用已经得到了广泛的认可。

常用的络拓扑结构有总线型、星型、环形等，由于总调度室到各生产单元之间要交换实时数据，选择星型拓扑结构，任意站点之间的通信通过交换机实现透明的转发，不存在信道共享引起的竞争问题。

对于通信介质的选择，由于总调度室与各个生产单元距离较远，分别为1000m、800m和900m，因此选用4芯多模室外光缆作为通信介质，它具有通信速率高、抗电磁干扰、信号传输衰减小等优点。两端采用转换器EM316E／M进行光电转换。

另外，由于Ethernet是目前应