內(nèi)蒙古某公司利用內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田 的褐煤作為原料，選擇固定床干法排灰純氧碎煤加壓氣化、低溫甲醇洗凈化及鎳基催化劑甲烷化 等技術(shù)生產(chǎn)代用天然氣。設(shè)計(jì)規(guī)模確定為公稱能 力每天 1 200 萬 Nm3。項(xiàng)目計(jì)劃分 3 期建設(shè)，建 成投產(chǎn)后生產(chǎn)的產(chǎn)品為每年 40 億立方米代用天然氣及其他副產(chǎn)品。目前 I 期已建成投用生產(chǎn)，II 期正穩(wěn)步推進(jìn)，主工藝控制系統(tǒng)采用 Foxboro IA’ S DCS 控制系統(tǒng)控制。項(xiàng)目建設(shè)地址位于內(nèi)蒙古赤峰市克什克騰旗達(dá)日罕烏拉蘇木錫騰海，室外 極端#低氣溫達(dá)到 － 40℃ ( 一月) ，#冷月( 一月) 平均氣溫 － 25． 5℃，因此氣候、地理環(huán)境等因素 給室外儀表安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的挑戰(zhàn)。儀表變送器輸出采用直流 4 ～ 20mA 模擬信號(hào)，只能顯 示單一檢測(cè)參數(shù)，若為室外儀表安裝溫度檢測(cè)設(shè) 備，需大量電纜、設(shè)備和安裝費(fèi)用。由此，筆者提 出智能儀表變送器自身溫度參數(shù)自帶 HART 協(xié) 議，通過 Foxboro IA’S DCS 組態(tài)軟件 IACC 重新 組態(tài)調(diào)試，上傳至 DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視。
1 硬件要求
智能儀表設(shè)備需要設(shè)有 HART( Highway Ad- dressable Remote Transducer) 協(xié)議具備通信功能， HART 是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信 協(xié)議，是美國 ROSEMOUNT 公司于 1985 年推出的 一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。利用貝爾 202 頻移鍵控( FSK) 標(biāo)準(zhǔn)，將低 電平的數(shù)字通信信號(hào)疊加在 4 ～ 20mA 之上，不會(huì) 對(duì) 4 ～ 20mA 信號(hào)造成干擾。儀表設(shè)備配備溫度模件，可連接智能手操器( 如 HART475) 查看是否具備相關(guān)功能。
控制系統(tǒng)硬件( 圖 1) 主要由控制處理機(jī)、現(xiàn) 場(chǎng)通信組件及現(xiàn)場(chǎng)總線組件等構(gòu)成。DCS 控制系 統(tǒng)采用了 FCP270 控制處理機(jī)，其好特的容錯(cuò)運(yùn) 行結(jié)構(gòu)極大地增強(qiáng)了可靠性，并與它相連的現(xiàn)場(chǎng) 總線組件( FBM) 一起，對(duì)組態(tài)好的控制方案進(jìn)行 過程控制。它既能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的連續(xù)控制、梯型邏 輯控制、順序控制以及批量處理等功能，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)、報(bào)警和傳送信息的功能。使用 EXACT( 專家自適應(yīng)控制整定算法) 和EXACTMV( EXACT 多變量控制) 算法控制過程的變量。 這些算法包含在功能控制塊中，現(xiàn)場(chǎng)過程工程師 可對(duì)它們進(jìn)行組態(tài)，以完成所要求的控制方案。 現(xiàn)場(chǎng)通信組件采用 FEM100 通過高速、可選冗余的 10Mb /s 以太網(wǎng)基的現(xiàn)場(chǎng)總線，提供現(xiàn)場(chǎng) 總線組件( FBM) 與 I/A 系列控制站的通信接口。 FEM100 把控制站使用的 10Mb /s 以太網(wǎng)信號(hào)轉(zhuǎn) 換為 FBM 使用的 2Mb /s 信號(hào)，反之 FBM 所使用 的 2Mb /s 信號(hào)也可轉(zhuǎn)換為控制站使用的 10Mb /s 以太網(wǎng)信號(hào)。 現(xiàn)場(chǎng)智能儀表變送器與控制室 DCS 硬件連接采用 Foxboro 的 FBM216b，即 HART 通信冗余 輸入接口組件，它具有 8 路通道隔離的 4 ～ 20mA 模擬量輸入通道，每個(gè)通道接收一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 4 ～ 20mA 信號(hào)，或一個(gè)搭載在 4 ～ 20mA 的模擬輸入信號(hào)上的數(shù)字 HART 移頻鍵控信號(hào)。每個(gè)通道為 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供雙向數(shù)字通信，并完成設(shè)備的 4 ～ 20mA 輸入信號(hào)從模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，每個(gè)
通道均有自己的 FSK 調(diào)制解調(diào)器。
2 控制策略
以現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)羅斯蒙特智能壓力變送器環(huán)境溫度上傳至 DCS 為例進(jìn)行說明，輸出標(biāo)準(zhǔn)采用4 ～ 20mA，基于 HART 協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，位號(hào)為 PT-27312，控制原理如圖 2 所示。
在工程師站打開 DCS 組態(tài)軟件 IACC，在定 義網(wǎng)絡(luò)、硬件項(xiàng)( Network) 中，查看測(cè)點(diǎn) PT-27312 所在控制器 CPB113( FCP270) 下的現(xiàn)場(chǎng)總線卡件 B1132B( FBM216B) 通道 B12B_1 工作模式，發(fā)現(xiàn)僅能接收直流 4 ～ 20mA 信號(hào)，需要對(duì)其工作模式進(jìn)行重新修改組態(tài)，把 Dvopts 項(xiàng)參數(shù)由 4 ～ 20 改 為 HART( 圖 3) ，并下裝到控制器當(dāng)中。
在 IACC 組態(tài)軟件的 Plant 選項(xiàng)中，找到測(cè)點(diǎn) PT-27312的策略圖形( 圖4 ) ，在此新加入一個(gè) RIN 模塊和一個(gè) AIN 模塊，分別命名為“PTT _ 37312R”和“PTT_37312”。
lom_id 中填入修改過的 ECB 通道號(hào) B12B_1; Pnt_no 改為 SV( Secondary Variable) ，SV 即羅斯 蒙特智能儀表壓力變送器環(huán)境溫度在 HART 協(xié) 議傳輸?shù)膮?shù)地址; Sci 中輸入信號(hào)修正索引，選 “0”不需要對(duì) HART 作信號(hào)修正，輸出等于輸 入; 量程填入 0 ～ 100; 單位填入℃ ，完成后下裝 到控制器中。 組態(tài) AIN 模塊“PTT_37312”參數(shù)( 圖 6) ，io-mopt － 取“0”即模塊的輸入信號(hào)從它的 MEAS 參 數(shù)取輸入值，并且 Sci 參數(shù)選“0”不對(duì)輸入信號(hào)進(jìn) 行修正。量程和單位同 RIN 模塊，完成后下裝到控制器中。 利用 Foxboro DCS 上位機(jī)組態(tài)軟件 foxdraw， 將測(cè)點(diǎn)顯示出來供運(yùn)行人員監(jiān)控，又將所有測(cè)點(diǎn)加入歷史庫，便于實(shí)時(shí)查詢數(shù)據(jù)，并根據(jù)環(huán)境溫度變化將低于 5、0℃ 發(fā)出的報(bào)警信息顯示出來，部 分界區(qū)上位機(jī)顯示和報(bào)警界面如圖 7 所示。
Foxboro I/A 系統(tǒng)提供 OPC 接口站，OPC 服務(wù) 器具有單向發(fā)送功能，只允許向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，不允許從外部接收數(shù)據(jù)，以抵御外部惡意或是無意
對(duì) DCS 的攻擊或修改。OPC 服務(wù)器掛在單元機(jī)組 DCS 系統(tǒng)的 Mesh 網(wǎng)交換機(jī)上作為 DCS 系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，交換機(jī)通信速率為 100Mb /s/或 Gb /s，同時(shí)配置防火墻，以確保網(wǎng)絡(luò)和 DCS 數(shù)據(jù)的安全 性。利用此接口將組態(tài)好的數(shù)據(jù)，上傳至廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)( SIS) 顯示，管理人員可隨時(shí)可監(jiān)控。
3 結(jié)束語
目前該公司各個(gè)界區(qū)煤氣水分離、凈化、空 分、甲烷化、濃鹽水、污水、酚氨回收 A/B 單元、氣 化 A 單元及氣化 B 單元等 300 余多塊室外智能
儀表變送器環(huán)境溫度均已實(shí)現(xiàn) DCS 監(jiān)控，并加入歷史庫和報(bào)警信息。儀控人員又將所有數(shù)據(jù)引入 廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視，極大地方便了設(shè)備管理人員 根據(jù)溫度變化情況制定防凍措施，解決了以往冬 季需要占用大量人力巡檢儀表的問題，保證了冬 季智能儀表變送器所在環(huán)境溫度在#佳范圍內(nèi)安
全穩(wěn)定運(yùn)行。自投用兩個(gè)冬季以來未發(fā)生因儀表設(shè)備凍壞而引起的機(jī)組等裝置非計(jì)劃停車，有利 于集中控制管理、運(yùn)行人員平穩(wěn)操作和安全生產(chǎn)。
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