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　　摘 要：本文介紹了ABB的DCS和羅斯蒙特的3051s FF儀表在甲醇生產工藝過程中的應用。作者簡介了甲醇生產的工藝流程、DCS和FF儀表的構成、特點及技術要求；重點描述了該甲醇生產過程控制系統的設計和調試，包括控制系統的結構、采用Control Builder F（V7．1版本）軟件平臺的系統組態、儀表功能塊的組態和程序加載調試過程。

　　關鍵詞：ABB DCS；羅斯蒙特FF儀表；甲醇生產工藝流程；過程控制；系統組態

　　1甲醇生產的工藝流程

　　以天然氣為主要原料，輔助二氧化碳加壓催化氫化制甲醇是目前工業上普遍采用的方法，以天然氣加二氧化碳為原料反應原理：3CH4+2H20+C02→4CH3OH。

　　典型的流程包括：原料氣制造，原料氣凈化，甲醇合成，初甲醇精餾等工序。整個工藝可以分為若干個工段：大氣壓縮，原料氣精脫硫，原料氣轉換工段，轉化氣壓縮，蒸汽制造，蒸汽冷凝，甲醇合成，初甲醇精餾，火炬，CO2制氣，引風機透平一潤滑油站，鍋爐給水一潤滑油站等工段。

　　2 ABB DCS系統和Rosemount FF儀表

　　2．1 ABB的DCS系統簡述

　　自上個世界80年代DCS問世以來，集散控制系統在近30年的發展過程中逐步完善、成熟，并在工業控制領域中占主導地位。其基本思想是分散控制集中管理。ABB DCS系統的典型結構是上、下位機系統及其通信網絡，上位機稱為操作站、工程師站或操作站與工程師站共用，操作站實現控制系統的控制操作、過程狀態顯示、報警狀態顯示、歷史數據的收集和各種趨勢顯示及報表生成與打印等；工程師站用來對軟件組態、系統生成與下裝程序等。下位機稱為現場控制站，它也是一個小型的PC系統，除了CPU，存儲器，通訊卡等設備以外，還附帶有各種擴展卡件。現場控制站是對現場物理信號（包括開關信號，模擬量信號）進行實時采集并進行數據處理、控制運算，并將結果傳送到上位機；系統的網絡負責各種功能站之間的數據通信和聯系。

　　2．2 FF總線及其儀表簡述

　　現場總線技術是上個世紀8O年代誕生的網絡通信技術，它不僅包含有過程控制信息交換，而且還包含設備管理信息的交流。通過現場總線，各種智能設備（智能變送器、調節法、分析儀和分布式I／0單元）可以方便地進行數據交換，過程控制策略可以完全在現場設備層次上實現，經歷十多年的發展，國際上成立了現場總線基金會（FieldbusFoundation，FF），致力于開發國際上統一的現場總線協議。目前，使用較多的現場總線主要是基金會現場總線（FF總線）和PROFIBUS現場總線。應用現場總線技術可以將各種分布在控制現場的相關智能設備和I／0單元方便地連接在一起，構成控制系統，這種結構已經成為DCS發展的趨勢。

　　FF的體系結構參照ISO／OSI模型的第1、2、7層協議，即物理層、數據鏈路層和應用層，另外增加了用戶層。FF提供兩種物理標準：Hl和H2。本文介紹的Rosemount3051s現場總線儀表是基于Hl過程控制的低速總線，速率為31．25kbps，傳輸距離分為200m、400m、1200m和1900m。H2的傳輸速率可為1Mbps和2．5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、同軸電纜和光纖，協議符合IEC1158—2標準。

　　2．3對DCS系統及FF儀表的技術要求

　　甲醇的制造危險系數是極高的，從工藝氣進入到管道開始，一直到精甲醇產品的生成，整個工藝所產生的物質都具有可燃性，生產過程復雜多變，并且生產環境帶有潛在爆炸危險，在這一領域中對基于現場總線的新型控制系統提出了更高的要求。

　　1）要有完備的防爆保護措施，以保證在爆炸危險環境中生產過程的絕對安全。

　　2）系統本身要有很高的可靠性，以保證數據的可靠傳輸。

　　3）對應“連續過程”這一特點，控制系統要有處理模擬數據的能力。

　　4）所有現場設備可以在線插拔，而不影響系統的正常工作。

　　5）系統實時加載穩定，通訊正常。

　　這就要求控制系統要智能化、靈敏化，以避免危險發生，一旦出現事故，也要把事故危險系數降到最低。ABB DCS系統設計具有極高的優越性，操作員站出現故障可以利用工程師站操作；工程師站和操作員站可以相互更換，保證上位機的可操作性；下位機做冗余設計，卡件可以即插即用，保證系統的穩定性；下設安全保護系統，增加了系統的靈敏度等等諸多優點，加上FF總線儀表的使用使DCS變成新型的全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場設備，依靠現場智能設備本身實現基本控制功能，即使上位機和下位機出現故障，只要通訊正常，就能維持現場儀表（FF儀表）的正常工作，擺脫了儀表本身對于系統的依賴，而且組態參數更改后加載不會引起資源中斷（除非更改變量名，也就是更改了數據庫），保證了系統的穩定性。

　　3 甲醇過程控制系統設計

　　3．1系統的構成

　　根據控制點可以設立兩個冗余現場控制站，甲醇生產DCS系統的拓撲結構如圖1、圖2所示。

　　甲醇生產控制系統設計為：上位機7臺，分別為工程師站，廠長室，調度室和4臺操作員站，其中4臺操作員站可以按工段來分配，比如說1#操作員站只能操作原料氣制造及相關輔助設備部分，2#操作員站只能操作原料氣凈化及相關輔助設備部分，如此類推，每臺計算機都可以顯示各個工段流程畫面，但只能操作各自工段的設備；下位機可設計為冗余的兩對現場控制站，以及安全保護系統站等。

　　3．2 過程控制系統組態

　　程序組態使用ABB Industrial IT系統下的Control Builder F編程組態軟件（V7．1或以上版本），否則將會不支持FF協議而無法組態。組態步驟：

　　1）打開CBF程序，建立以Yanshi為程序名的程序

　　2）組態硬件結構：先指定資源，再插入相關的卡件，包括電源模塊SA801，以態網卡件E1803，FF／HSE模塊F1840，見圖3。

　　3）HSE硬件組態

　　通過“庫”導入相應的HSE性能文件后，可以在庫里找到相關的設備性能文件，然后通過插入硬件即可，最后需要在協議對象里設置I／O信號，但要注意的是I／O編輯菜單里有使用（英文Usage）選擇方法是：顯示儀表要求選擇“FF—EIC61131”，可以理解為FF現場總線符合國際電工委員會61131協議；控制儀表要求選擇“EIC61131一FF"，可以理解為現場的儀表要接受H1送來的信號，定義標簽，設置數據類型，信號起止，要注意的是FF信號只能唯一。

　　定義信號源：信號源有H1和HSE兩種，現場儀表是采集數據輸送到系統，則源于H1，反之是源于HSE輸送到現場儀表，對應于FF與EIC61131，見圖4。

　　4）現場儀表的組態首先要往庫里面導入儀表的硬件識別文件后才能找到相關的儀表設備，再在H1鏈接下，插入儀表，儀表的IP地址會自動從20開始排列。總線地址可以更改，理論上一根總線上可以掛15塊總線儀表，但出于電源負荷及通訊考慮，最好不要超過12塊。儀表設置優化，H1設定“建議”優化，以上數據除灰色背景數據不能修改外，其他數據都可以修改，但采用建議數據最優，這一步很重要，涉及到儀表內部的參數設置。

　　然后在H1鏈接里插入功能塊應用圖，通過連接的設備找到相關的儀表，每塊儀表在下拉菜單里找到用戶要使用的功能塊，對應的儀表連接到對應的FF信號，要注意：1、FB庫里的功能塊非儀表內部功能塊，所以不能使用；2、儀表功能塊只能使用一次，也只能在本儀表里選擇導人，每個功能塊導人以后自身會變成灰白色，見圖5。

　　3．3 儀表功能塊的組態

　　儀表功能塊的設備要選擇儀表，找到其功能塊，對功能塊進行參數設置，一般要設置量程，單位，功能塊類型等，Rosemoun3051s現場總線儀表的功能塊的類型很多，如有源功能塊（Re—soureceBlock），傳感器功能塊（TancducerBlock），功能功能塊（FunctionBlocko源功能塊只有一塊，設置設備類型：3051Pres—sure或3051Tempreture等，對應選擇“關聯”參數11。

　　傳感器功能塊有3塊，主要作用是設置傳感器功能類型，主要參數有：傳感器量程范圍設置、單位設置、表頭顯示參數的設置、報警點的設置等。功能功能塊設置通道功能、測量壓力、溫度等。

　　4程序加載及調試

　　程序檢查無誤后，在聯機調試狀態下加載程序，先對HSE鏈接設備初始地址指定，再加載設備即可。如果對單塊儀表進行參數更改后，可以只對單個儀表加載而不需要對整個HSE加載，這樣可以減少對系統的影響。加載后，在功能塊里可以直接通過鼠標連接，看見實時采集到的數據，但要注意的是每次修改傳感器功能塊參數時，先要把功能塊選擇“服務無效”（Out Of Service，OOS），此項選擇“√”，再更改參數，加載后，在線取消“√”即可。這樣更改的原因是儀表本身功能塊有記憶功能，只有在服務無效的情況下才能對數據進行更改，正常儀表的顯示如圖6。

　　5 結束語

　　筆者親自設計、安裝并調試了河南藍天集團中原甲醇廠新上的甲醇生產項目，并第一次組態好了ABBDCS系統下的Rosemount305ls現場總線儀表。據了解，此系統也是第一次在化工行業下使用，而今后DCS系統有可能向FCS系統（現場總線控制系統）的方向發展，因為FCS順應了自動化系統的發展潮流，能更加滿足不斷發展的新技術和新工藝的需求。