橡胶水务控制系统的国产化改造

齐庆燕(中国石化齐鲁分公司运维中心，山东 淄博 255000)

0 引言

橡胶水务装置担负着为橡胶厂生产的供水、供气及污水处理工作，主要包括循环水、化学水、污水处理、空压站等岗位。这几个岗位地理位置分散，控制系统都为欧姆龙、西门子等PLC系统。后由于优化岗位人员配置、实现集中管理的需求，橡胶水务把原多个岗位操作室合并为一个水务集中控制室，原多个小PLC 系统已不能满足装置生产集中管控的需要。在经过多方论证下，2017 年将多个PLC 合并改造为浙江中控股份有限公司生产的ECS-700 国产DCS 系统。

1 ECS-700系统简介

1.1 系统优点

ECS-700 系统按照可靠性原则设计，充分保证系统安全可靠；系统所有部件都支持冗余，在任何某单一部件故障下系统仍可正常工作，系统具备故障安全功能。ECS-700 系统具有完备的工程管理功能，包括多工程师的协同工作，组态完整性管理，操作权限管理。国产DCS 系统从性价比、供货周期、软件组态方面都有进口DCS 系统不可比拟的优势。

1.2 系统结构

ECS-700 系统由控制节点、操作节点及系统网络等构成。系统具有良好的拓展性，支持在线增加控制节点、操作节点等，方便系统规模扩容，支持软件在线升级。

1.3 组态功能

ECS-700 系统具备多人协同工作的能力。在组态修改方面，实现了分块编译下装、在线组态下载，还具有站间通讯功能。

1.4 网络通讯

ECS-700 系统网络架构分为4 层，依次为L-BUS(本地I/O总线)、E-BUS(扩展I/O 总线)、SCnet(过程控制网)、SOnet(过程信息网)。L-BUS 负责控制器与本地IO 模件的连接，E-BUS 通过控制器与IO 连接模块实现与第三方厂家的通讯。过程控制网为冗余结构，采用TCP/IP 网络标准协议，在操作节点和控制站之间传输实时数据和命令。过程信息网在操作节点间传输历史数据、报警信息和操作记录等。

1.5 开放性

ECS-700 系统融合各种标准化的软硬接口，符合MODBUS、HART 等标准协议的开放接口，以实现与第三方系统的连接。

2 橡胶水务控制系统的主要特点

2.1 系统架构

橡胶水务装置DCS 系统共有5 套控制站。02、04、10 控制站设在主控室机房，其中02 控制站包括一循、二循、三循3 个远程节点，10 控制站包括空压站和清水两个远程节点，04 站为化学水本地控制站。06、08 为远程控制站，分别设置于污水场远程控制室和污水预处理远程控制室。远程节点和远程控制站通过单模光纤与主站和主交换机进行通信连接。

橡胶水务控制系统改造为国产中控DCS 后，其控制范围覆盖整个橡胶水务所有装置，方便了新增监控点的接入和生产的一体化管控。

2.2 组态结构

为了方便工艺集中管理、分散控制，利用系统功能，分为1个控制域、1 个操作域。操作域下设橡胶水务总体、循环水化学水、污水场及预处理、空压站及清水泵房4 个操作小组。利用不同的用户和位号组态分组功能，从而实现分工管理。

3 典型控制方案

以橡胶水务空压站装置CM852 空压机组启动联锁程序为例，对中控ECS-700 的FBD 功能块图组态的特点做简单描述。

如图1 所示，按下油泵就地启动按钮或辅操远程启动按钮，经过TP 标准定时器产生一个2s 脉冲，输出送电气油泵启动信号。油泵停分自动停和手动停两种情况。当主机启动手自动开关在自动时，主机联锁中间变量触发或开停指示关，则经过TON 输出延时定时器，产生一个从OFF 到ON 跳变延时输出，15s 后油泵自动停止。当手自动切换开关在手动时，按下现场油泵停止按钮或按下辅操油泵停止按钮，2s 脉冲后，油泵停止。

压缩机启动也分自动启和手动启两种情况。当手自动切换开关在自动时，油泵启动按钮按下，经过SR 双稳态触发器，TON 延时15s 且没有故障停机信号(M21004)，则输出为“1”的2s 脉冲，启动压缩机。当开关在手动时，按下主机就地启动按钮或辅操远程启动按钮，CM852 压缩机启动。油泵启停及压缩机启动如图1。

4 调试中遇到的问题及处理

4.1 机组通讯采集

橡胶水务空压站CM853/854 机组为厂家封装程序，这就出现一个问题，怎样利用系统与第三方通信功能，把机组运行数据采集到上位监控画面上来？我们发现COM742-S 模块可解决这一问题。

COM742-S 是ECS-700 系统的以太网异构设备接入模块，通过扩展I/O 总线，利用MODBUS/TCP 协议将第三方设备数据联入系统。

4.1.1 硬件设置及参数组态

在系统组态管理软件中，可完成COM742-S 模块的通信参数设置、通信命令组态、组态编译和下载。

在硬件组态中添加COM742-S 模块后，点击右键“通信组态”，打开通信组态设置软件。在组态中选择EthernetPort0，设置以太网口参数。设置时注意两侧模块IP 遵循同一网段，COM742-S通信模块作为MODBUS 主站。选中EthernetPort0，增加设备CM853，并设置设备参数。

选中设备CM853，点击右键，即可添加MODBUS 命令。命令属性里的“周期”表示该命令执行周期长短。“开始地址”是MODBUS 协议的起始地址。位号信息为第三方设备的数据与控制器位号的对应关系。如图2 的AI209-212 命令，表示从寄存器的209 地址开始，读4 个寄存器，存储格式为2 字节整形。

图1 油泵启停及压缩机启动

图2 命令属性页面设置

4.1.2 显示设置

在“通信组态”中完成以太网口、设备、命令的设置后，在硬件组态软件中选择COM742-S 模块进行“组态更新”，对该模块编译保存。进入位号表组态，“开始扫描”后系统将自动扫描硬件配置，并根据组态的模块自动添加位号，位号组好后即可在流程画面和程序中调用。

4.2 污泥脱水数据包通讯解析

橡胶水务污水厂的污泥脱水数据包为外部通信模拟输入，包含多项外设运行数据，需要将它拆分为多个自定义开关量，才能在上位机上显示。怎么实现这个数据包裹的解析功能呢？利用两级数据类型转换模块，将原数据包由实数转成无符号整数。然后利用UINT 型解析功能块，将UINT 类型数据按低位到高位解析成16 个开关量，这16 个开关量即可在画面上表示泵、阀等设备运行状态。

4.3 首位联锁停车信号捕捉

CM852 空压机组有4 个联锁停机条件，每个停机条件需经过延时2s 后才停机。也就是说，为了过滤掉停机条件中的异常信号，在每个联锁条件触发后又加了一个2s 延时，这样最先报警的联锁停机条件不一定就是真正触发联锁的停机条件。经过研究功能块库，发现开关量指示功能块PVDI 可实现报警功能。PVDI 用于设置开关输入的状态报警，并具有上升沿跳变统计功能。这样就可轻松实现机组第一停机信号的事件记录功能。

4.4 上位监控权限优化

调试期间，操作人员反映过程报警信息混乱，所有岗位报警全部显示，无法精准匹配每个岗位对应的报警。通过对操作域组态中的自定义报警分组设置，将控制组态中设置的位号分组作为报警分组使用，并在监控用户授权组态中定义操作员用户的报警确认、监控操作权限的范围。两项组态组合，从而实现了监控登录某一操作小组后，只看当前操作小组对应岗位的报警信息和操作信息。优化监控权限后，查阅报警操作信息更加方便快捷。

5 结语

橡胶水务装置中控ECS-700 系统自2017 年6 月投用以来，系统运行平稳，操作可靠，且上位人机交互界面友好，控制组态功能丰富，工艺操作得以优化，效率和控制指标得到提升。由于系统软硬件均系模块化设计，方便系统安装调试和维护。其组态管理软件人性化较强，易于学习和掌握，特别适用于国内工程技术人员的编程。