霍尼韦尔DCS系统在制浆造纸的应用 - 文章

霍尼韦尔DCS系统在制浆造纸的应用

作者：广州造纸股份有限公司张春燕

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Experion PKS PMD DCS系统是美国霍尼韦尔公司的产品。在Experion平台下的PKS过程知识系统，可将所有过程控制与安全管理（包括非霍尼韦尔系统）纳入一个独立，统一的结构中, 形成统一标准的过程系统结构。Experion PKS PMD DCS的组成基于霍尼韦尔过程知识系统PKS(Process Knowledge System)技术，其中PMD（Process, Machinery and Drives ） DCS意为整合DCS，PLC,DRIVE 等系统知识于一体的DCS控制系统。

本文基于广州造纸厂一台年生产能力16万吨的新闻纸造纸机和配套的废纸脱墨生产线。该纸机以100%的废纸脱墨浆生产45g/m2优质新闻纸，设计车速1500 m/min。该纸机和脱墨生产线均采用霍尼韦尔公司的Experion PKS PMD DCS 系统进行过程控制。本文结合实际应用对该DCS系统的网络构成，主要硬件和软件，系统结构等方面的主要特性进行描述。

Experion PKS PMD DCS系统网络结构

对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时限内完成信息的传送。同时系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断。

容错以太网

在DCS系统中，通讯问题关系整个系统工作的可靠性, 网络的瞬间中断都可能导致数据丢失而造成一些不可预见的问题。Experion PKS PMD DCS整个系统网络的关键结构是容错网络，容错网络是基于以太网、容错技术的TCP/IP网络，又称为容错以太网。霍尼韦尔 PKS网络上所有节点均为容错以太网节点, 容错以太网的最大特征是两条通讯线路一起工作, 同时另外两路备份, 如果其中一路出错会给出报警，但整个网络不会出现中断的情况。原理设计是保证不出错, 预防在先。而一般的网络冗余设计是指两条通讯线路一条工作另一条备份, 如果出错则另一条切入, 原理设计是出错后再补救, 补救在后。

网络结构

PMD DCS的基本系统结构包括：容错以太网FTE,现场控制器（FC），DM工程师站，PMD服务器，人机接口HMIWeb（操作员站），且节点都直接挂靠在容错以太网FTE上，保证了各单元之间开放和可靠的数据传送，当某一节点出现故障时，不会影响其他节点的正常工作。在此系统网络中，现场控制器(FC)是中央控制器，进行过程控制决策和管理。在容错以太网上，系统还可以通过OPC与其他系统通讯。

在现场控制器（FC）和各I/O柜之间采用PROFIBUS通讯。本厂系统采用PROFIBUS-DP。PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通讯设计。在传输方面，现场控制器（FC）通过光纤或PROFIBUS电缆和相关I/O设备进行通信。中央控制器（FC）周期性地读取I/O设备的输入信息并周期性地发送输出信息，同时还提供强有力的诊断和配置功能。

DCS系统的应用

本厂所用的DCS网络结构是基于以太网容错TCP/IP网络，采用TCP/IP协议进行通讯，通讯速率 100 Mbit/s。系统结构如上页图所示：第一层网络是容错以太网，机柜室之间采用光纤连接。在容错以太网上挂载的设备有:五台PMD现场控制器（FC）；冗余数据服务器；工程师站和操作员站；打印机。各PMD控制器通过PROFIBUS连接到11个机柜室上的各个I/O单元上，FC01控制脱墨碎浆和脱墨MCC马达中心，FC02控制脱墨线，FC03/04控制纸机干部、纸机MCC马达中心和化学品部；FC05控制纸机湿部。第二层是Profibus-DP网络，位于PMD控制器和各机柜室I/O柜之间。PMD现场控制器FC和各I/O柜之间采用冗余光纤传输技术，柜内采用PRIFIBUS屏蔽电缆。

Experion PKS PMD DCS系统硬件

硬件是系统的载体。主要系统硬件包括：PMD 数据服务器；工程师和操作员站；PMD 现场控制器；电源；各种I/O卡及网络硬件。

PMD 数据服务器

PMD 数据服务器为冗余配置, 双硬盘, 双电源,操作系统采用Windows 2000 Server。PMD 数据服务器用于保存和传输系统数据，存储历史数据, 处理事件和报警信息,不对过程和现场设备进行控制。当该服务器故障时，不会影响生产过程的控制，但会影响数据，事件和信息的处理及操作显示。

工程师站和操作员站

工程师站和操作员站处理器速度分别是2.8 GHz和2.4 GHz，都采用奔腾4处理器, Win2000操作系统。DM工程师站供工程技术人员进行应用程序和画面的组态，以及系统结构定义，当工程完成后，可用来对系统应用程序的维护。操作员站基于HMIWEB技术，供操作人员使用，显示过程控制信息和数据，是操作员用来对生产过程设备进行控制的工具。

PMD 现场控制器

PMD 现场控制器（FC)的内核为奔腾III处理器，速度大于500 MHz，FTE 通讯速率 100 Mbit/s，最大总线接出长度为 1200 米，每个控制器可处理2000个输入输出点。此控制器专为造纸行业设计，可用于过程控制，纸机本体控制和传动控制。对于整个系统来说，现场控制器是中央处理器。

系统I/O站

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I/O站

一个系统I/O站由网络接口单元(NIU)和I/O模件组成如上图所示，I/O站需24VDC电源供电，分布在各个机柜室的仪表控制柜中。24V电源采用额定电流20A，具有短路和过载保护的独立电源。I/O模件为模拟输入/输出和数字输入/输出模件，所有I/O模件均可热插拔，包括4 通道12位模拟量输出卡(AO)；8 通道12位模拟量输入卡(AI);16 通道24V开关量输出卡(DO);16 通道24V开关量输入卡(DI)。网络接口单元(NIU)作为网络和I/O模件之间的通讯接口，采用PROFIBUS通讯，通讯速率9.6KB12MB。

Experion PKS PMD DCS系统软件

在Experion PKS PMD DCS系统中，软件起着驱动和保证DCS各项功能正常运作的关键作用。主要系统软件包括服务器软件，工程应用软件。

PMD服务器软件

PMD服务器软件执行系统数据的贮存、数据加载、数据传送、收集历史数据和趋势、报警和事件的管理、OPC的通讯、冗余PMD服务器的管理等任务。当系统启动时，系统定义和应用组态等数据通过DM工程师站加载到PMD服务器上,PMD服务器采用MS SQL Server 2000数据库处理数据。PMD服务器软件主要包括：PMD 服务器软件包；PMD OPC Data Server软件；冗余PMD管理软件。

主要工程应用软件

（1）System Builder：系统结构组态与定义，I/O定义；

（2）Fieldnet Builder:总线组态编辑，总线下载与监视；

（3）Block Builder：用于应用程序的组态，测试和下载。应用程序具有的主要功能：过程显示控制、数字手自动输出、变量的函数计算、计数、系统标准功能块和组起动、顺序处理等功能。

（4）HMIWeb Display Builder：是用于绘制用户流程图、连接显示数据、组态数据及图形参数，生成和编辑系统画面及系统报表的功能。系统操作人机界面以网络浏览设计为基础,可使用标准的操作站界面,也可使用微软的网络浏览器，远程支持和诊断可应用在任何一台操作站上。生产控制流程图按照制浆造纸的工艺流程及操作习惯进行设计。

结语

在本厂的应用中，该Experion PKS PMD DCS系统配置合理，自投运以来运行良好，但要注意的是，安装和环境同样对系统的运行产生很大的影响。该套系统投运后，脱墨生产线因环境的腐蚀曾致使现场控制器的损坏，造纸生产线因PROFIBUS DP接头接触不好导致过网络通讯故障。经优化后，系统运行稳定，投运率很高。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/5/2009)


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