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• 關鍵詞： 高爐自控系統 DCS 煉鐵
• 摘要：隨著煉鐵工業的逐步自動化，對其控制要求也越來越高，本文介紹艾默生DCS在煉鐵生產中的應用，以供參考。

一.簡介

2000m3高爐自控系統采用了美國艾默生公司的Ovation DCS產品，編程軟件為 OvationV3.1.2。該系統共有控制柜3個，雙冗余控制站1個，工程師站、操作站、歷史站和工作站共4個。

OvationDCS采用FDDI通訊網絡, 通訊速率為每秒100 MB，處理容量為每秒200 000 點實時信息, 聯網長度達200 km , 節點數最多1 000 個。I/ O 的精度提高到13 位, 分辨率優于0.11 % , 掃描效率每秒為10 次。計時采用令牌存取方式, 確保每秒實時傳送200000 個過程點數據。工程師站和操作員站均采用DELL 商用機 , 交換機采用CISCO 產品。 

二. 工藝流程

1.齒輪箱水冷：本系統設兩臺水泵，一臺投入工作，另一臺備用。水泵的進水管與接受罐相通。水泵出水經過自清洗過濾器的過濾后，進入換熱器，再經電磁流量計、電子除垢器和有關手動閥門后進入齒輪箱。齒輪箱的回水靠本身重力流回到接受罐。罐內有一塊隔板（接受罐內的上部是相同的），齒輪箱回水在隔板的一側，補水管和泵吸水管在隔板的另一側。自清洗過濾器是機電一體化設備，濾網污染后壓差增大，當上升到一定的預置壓差時，差壓控制器控制自動反洗。

2.氣密箱氮封冷卻：齒輪箱溫度≥70℃時，通往水冷齒輪箱的氮氣管路調節閥A1開大，通往閥箱的氮氣管路調節閥A2打開應急冷卻，齒輪箱溫度≤55℃時，A1閥關小，恢復正常供氮，同時關閉A2。閥箱溫度≥120℃時，A2開大，打開閥A1，閥箱溫度≤70℃時，A2關小，恢復正常供氮。

3.接受罐平衡水位：它的主要作用是向水泵供水，接受齒輪箱的回水。為了平衡壓力，有一個氣管與齒輪箱連通。齒輪箱回水帶進的雜質沉淀后，通過接受罐底部排污管上的電動球閥排出罐外。一根通往罐內的補水管用作補水，補水管路上裝有電動球閥。

三.DCS系統組成

1.系統結構圖

圖1 系統結構圖

2.主要硬件組成 

3.軟件組成

3.1 Windows XP +SP1  英文版操作系統

3.2 Ovation v3.1.2 控制程序編輯軟件及上位組態軟件。這是一套集成軟件包，包括報警管理軟件、趨勢顯示軟件、點信息管理軟件、診斷顯示軟件、記錄用戶接口軟件、關系數據庫軟件、應用編程工具、歷史站軟件、報表建立器以及OPC 服務器軟件等。主要組態工具是Ovation Developer Studio。

4.網絡結構

4.1 Ovation系統網絡采用兩層網絡結構，即ROOT級和FANOUT級。兩級均由Fast Ethernet組成，每層網絡設備采用冗余配置。

4.2 Ovation系統采用的實時過程控制通訊網絡具有快速和大容量特點。采用全冗余容錯技術的Ovation Control Network嚴格遵循IEEE標準。Ovation網絡與通訊介質無關，既可采用光纖, 也可采用UTP。Ovation網絡軟件符合ISO/OSI標準，可在任何一個標準物理網絡層通訊，具有所有網絡特性：冗余、同步、確定和令牌傳輸。當與以太網、快速以太網、令牌環或其它拓撲結構相連時，它使用TCP/IP協議。因為Ovation系統在控制系統網絡術上的突破，最終用戶可在局域和廣域范圍內（LAN和WAN）構建信息系統，并合成多個網絡系統。

四.工藝控制要點

圖2、3為爐頂冷卻檢測系統全圖和接收罐水位調節面板圖。畫面顯示水泵、供水閥、排水閥、水位變送器、水箱等。控制面板包括水位實際值（PV）、設定值（SV）、供水閥開度值（MV）和閥門開度（XI）的柱狀圖和數字指示、水位設定值及增、減按鍵、供水閥開度及手動增、減按鍵，及自動（A）、手動（M）切換按鍵等。

圖4為水泵起停控制邏輯組態圖。KEYBOARD 3為自動鍵，若設置為自動時，如果接收罐水位低于低位限制值，L/B輸出一個邏輯1，因自動鍵3輸出為邏輯1，觸發器被置位，與門1輸出邏輯1，經或門2使觸發器7置位，水泵起動；如果接收罐水位高于高位限制值，L/A輸出一個邏輯1，為防止液位開關抖動而設置TDON，因觸發器3在自動時輸出1，與門9輸出1，經或門11使觸發器7復位，水泵停止。（TDON即ONDELAY。ONDELAY算法延遲輸出將要變為 TRUE的時間。當輸入為TRUE且本算法允許時，定時器輸出按指定的時基累積時間直到等于定時器延遲時間數值。此時，定時器輸出停止累積且其值保持為延遲時間數值，輸出變為TRUE。）

圖 2 爐頂冷卻監測系統全圖

圖 3 接收罐水位調節面板圖

圖 4 水泵起停控制邏輯組態圖

圖 5 爐頂冷卻檢測系統控制程序

五.應用心得體會

1.熱電阻的量程變換系數有在線計算和離線計算兩種方法。在線計算使用Sensor Calibrate工具，離線計算使用Coefficient Calc工具。在線計算工具直接修改控制器中點的參數，使用時注意會使點變為壞質量時，點的掃描會停止，這將影響回路操作。在完成計算后要使用 Reconcile工具將數據傳送到數據庫中。離線計算工具修改數據庫的參數，不影響實時操作，但必須下裝到控制器后才起作用，若已計算有轉換系數，則它不再計算，需注意參數必須填寫完整。

2.WINXP操作系統下數據庫的還原方法：先用全數據和分數據將數據庫備份，導出所有GB和CB。再將C:OVPTSVER 和C:WINDOWSETC 目錄拷貝下來，記住這兩個目錄的共享名以及屬性。進入DOS環境，鍵入以下命令：SET ORACLE_DATA_DIR=C:oracleoradate；SET ORACLE_INDEX_DIR=C:oraleoraindex 。進入C:OracleOra92databaseptdbpfile 目錄，運行crptdb.bat，cd c:ovationovationbase，ovptbridge ptadmin/ptadmin@ptdb，ovptnetbridge.exe ptadmin/ptadmin@ptdb。此時STUDIO已空，將上面拷貝的目錄拷貝回去。（先刪后考），在DOS環境下，OPEN DOS，DO_PTADMIN_IMPORT.BAT 全數據備份文件。關掉所有程序，重啟計算機。OPEN STUDIO，DOWNLOAD 各操作員站，重啟服務器，將OVATION 盤插入 REPAIR系統，CLEAR每個DROP，再DROP LOAD編譯CONTROL SHEET AND GB，CLEAR每個DROP，再DROP LOAD即可。

3.在線下裝程序要慎之又慎，防止給生產造成被動局面。下載前，要將修改控制邏輯涉及的所有重要設備轉換為就地操作，對聯鎖關系點采取硬接線點強制，防止新舊邏輯在下裝瞬間，回到執行狀態時的初始掃描過程中，軟件初始值引起失控狀態值輸出，導致設備誤動。在線下裝應本著“先主CPU，后熱備CPU”的原則進行。首先檢查操作站上的1800圖系統狀態，應無異常報警。然后進入“Controller  Diagnostics”控制器診斷功能，檢查控制器的運行情況，如各個任務區的負荷，I/O信息，邏輯頁信息等。以上確認無誤后方可進行。

4.關于主控制器和備用控制器。主控制器將數據發送到網上，備用控制器從網上更新數據。備用控制器只更新寄存器中數據，不進行運算。從網上更新數據時CPU并不停止，它即時監視主站信息，一旦發現下列五種情形，立即投入運行。(1)控制處理器故障(2)網絡控制器故障(3)I/O接口故障(4)控制處理器電源斷(5)控制處理器復位。主、備控制器切換無時間差。

5.Ovation數據庫包括文件和Oracle數據庫。其中文件包括:SAMA圖、網絡配置、站組態設置、參數設置和流程圖。Oracle數據庫包括：點、I/O卡件定義、Trend Group和Pds Group。

與文件有關的執行Download，Download將文件拷貝到網上。與數據有關的執行LOad,它下裝數據庫數據到控制器，它不同于Copy，主要作用一是將動態數據、靜態數據和閃存數據下裝到控制器和工作站；二是對在網上的全部工作站更新分數據庫。如果只是修改了DROP中的Point,不需要Clear，只需要load即可。只有修改了Drop中的Configuration，并且Download才需要Clear，再Load。如對工作站修改了內容，并且Download則不用Clear。Clear是清除閃存中的數據。

6.更換控制器(帶網卡)的方法。

6.1、將舊控制器斷電后拔下。

6.2、插上新控制器(帶有新閃存，老閃存要格式化后再用。若不格式化，把其中內容全部刪除也可)，上電。格式化閃存CF卡，使為FAT格式，不能是其它格式。具體命令是：CF卡容量<128mb< span="">：Format X：/a：4096/fs：FAT。CF卡容量≥128MB：Format X：/a：8192/fs：FAT。X：為閃存的盤符。

6.3、打開服務器的Error log，查看新網卡的MAC地址。

6.4、打開Developer Studio，選擇控制器右鍵，Open，修改MAC地址，IP地址不變，保存。

6.5、等待服務器啟動控制器正常后，使用Download功能，將服務器的程序拷貝到控制器中，等待1~2分鐘。此時閃存中出現三個文件夾：BOOT，ETC和WDPF。

6.6、對控制器斷電和上電，重新啟動控制器正常后，Clear控制器。

6.7、控制器自動啟動后，Load控制器，將組態內容下裝到控制器。

7.對控制器Load注意事項。

7.1、選擇控制器，右鍵，在菜單中選擇Consistency,在Load之前進行一致性檢查，對可能引起問題的對象進行修改。

7.2、選擇控制器，右鍵，在菜單中選擇Reconcile，將數據庫與控制器進行比較，確認無誤。

7.3、先對處于控制狀態的控制器進行Load操作。需要打開系統狀態圖進行確認，哪個控制器處于主控狀態，哪個控制器處于備用狀態。

7.4、在確認主控制器工作正常之后，再對備用控制器進行Load。

7.5、修改Control Builder數據應每進行一小部分就做一次Load，不要積累大量修改后再Load，那樣不利于問題的分析。

7.6、在生產設備運行過程中，要謹慎使用Load操作，確認具有Load的權限，分析Load后可能的結果再進行。

8.回路的數據整定是操作站通過網絡直接向控制器修改參數。回路改變參數后，控制器的數據必須用Reconcile命令通過手動方式傳送到數據庫，最終再由Control Builder工具通過Reconcile命令更新控制回路中的Sheet。

六.結語

OvationDCS經過八年來的運行，控制系統運行良好，控制性能完全滿足生產要求。