浅谈CENTUM VP系统的应用与维护

屈 竹，杨 明，袁 飞

(1.四川泸天化股份有限公司，四川 泸州 646300；2.贵州茅台酒股份有限公司，贵州 遵义 563000)

引言

目前某公司主厂区合成氨装置与尿素装置采用的集散控制系统均为日本横河公司(YOKOGAWA)的CENTUM VP系列产品，以提高合成氨与尿素生产过程的自动控制水平。CENTUM VP是横河电机综合生产控制系统系列的第九代产品，具有直观的人机界面，大容量现场控制站能够更加快速无误地处理数据，CPU的冗余容错配置能够确保可用性高达99.999%的连续操作。CENTUM VP是一个高度可靠的平台，为系统操作员综合提供智能仪表诊断和子系统数据，其简单而通用的架构，由人机界面、现场控制站和控制网络构成，可以抵御网络威胁，还增强了对HART通信协议的支持[1]。不仅支持连续和批量处理过程控制，而且支持生产操作管理。

1 CENTUM VP系统架构

CENTUM VP系统构成可以分为三个部分：

HIS：操作站，操作员对过程参数、设备状态、信息报警进行监视和操作。

FCS：控制站，完成I/O信号处理、模拟量调节、逻辑运算，实现对化工生产过程的控制。

EWS：工程师站，用于设计组态、仿真调试、下装与实时操作监视[2]。

CENTUM系统架构如图1所示。具体内容包括域、操作站、控制站、PRM、OPC等，连接网络包括Vnet/IP、BUS1、BUS2。一个标准控制站通过BUS1和BUS2连接到Vnet/IP实时控制网络，再通过Vnet网络与其它外设进行通讯。每一个系统最多可以建立16个域；每一个域最多可以建立64个站(其中最多可以建立16个操作站)，当域达到64站的最大限度时，连接两个域使用总线转换器BCV；每一个系统最多可以建立256个站。

图1 CENTUM VP系统架构图

2 CENTUM VP硬件配置

2.1 硬件组态

一个域最多可以组建64个站(包括FCS工程师站和HIS操作员站总和)，一个控制站最多可以组建14个NODE，其中每一个NODE有且只有12个槽位，所插卡件需要与硬件组态一一对应；第一个NODE槽位1-6可以组建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、转速卡件等，第一个NODE槽位7～8为EC401节点连接卡件(冗余并且不需要拨码)，9～10槽位为CP控制器(冗余并且需要拨码)，11～12槽位为电源(冗余)。

第二个NODE至第十四个NODE，每一个NODE槽位1-8可以组建AI卡件、AO卡件、RTD卡件、TC卡件、转速卡件等，9～10槽位为SB401节点连接卡件(冗余并且需要进行拨码操作，遵循奇校验，以第二个NODE为例直接拨码为2)，11～12槽位为电源模块。注意事项：EC401和SB401卡件均不用进行硬件组态，硬件自动识别。如图2所示为扩展节点，即第二个节点示意图。

图2 扩展节点

2.2 电缆连接

卡件连接电缆为KS电缆，注意区分KS电缆上的铭牌含义：FCS0101表示1#域的1#控制站；N1表示NODE1，即第一个节点；S6表示卡槽为6的卡件；TEC01表示系统柜；TPA02表示卡件端子板位号；TM2表示接线端子，对应CN3、CN4电缆槽位，TM1表示接线端子，对应CN1、CN2电缆槽位。

以某公司合成车间FIO系列AAI143-H50卡件(16通道)为例详细说明信号在CENTUM VP系统中的走向：现场4～20 mA 电流信号通过电缆连接到TEC01机柜的TPA02端子TM1CN1的1A、1B端子；通过KS电缆连接FCS0101(1#域1#控制站)的N2(第二个节点NODE)S1(第一块卡件)；再通过BUS1和BUS2连接到交换机(单模)，将处理后的信号通过交换机传送到工程师站，进行运算控制。

2.3 通讯配置

横河CENTUM VP控制网络Vnet/IP是一种符合IEEE802.3或IEC 61 784-ED 2.0标准的以太网，可提供1Gbpb带宽的冗余网络[3]。注意IP设定规则：BUS1-172.16.域号.站号；BUS2-192.168.(128+域号).(129+站号)。当CENTUM VP作为主站需要与其它从站外设进行通讯时，需要使用通讯卡件ALR121(支持RS-422/RS-485串行通讯接口)，某公司尿素二装置DCS系统与CO2压缩机组综合控制系统CCS正是采用ALR121卡件进行通讯。

在通讯设置中各项定义说明如下：

Buffer area ：针对本块 ALR121 所存储的总数据大小。

Program Name：MODBUS 通讯模块的安装位置。

Size：所选数据类型的数据长度，以“ Words”即16位为单位进行分配，范围为1～126。

Port：端口号，MODBUS有两个端口，设置1或2。端口配置如图3所示。

图3 通讯端口配置

图4 通讯组态

IP Address：IP 地址(适用于 Ethernet)。

Station：从站设备的地址。范围为：0～32 的数字(对从站设备进行识别)。

Device&Address：从站设备数据保存的内存地址。

Data Type：数据类型，需和从站数据类型一致。

3 CENTUM VP软件配置

CENTUM VP采用Control Drawing图进行软件设计与组态，具体组态内容包括控制站组态、操作站组态、流程图组态等[4]。下文重点对某公司在合成氨工艺生产中应用到的典型控制方案进行说明。

3.1 单回路PID

单回路控制系统，输入被控变量FI-D521A，输出操纵变量FV-D521A，这是生产过程自动化中最基本、使用频率最多的控制方案。图5所示为一个常用的流量控制方案。

图5 流量PID调节回路

3.2 串级回路

控制回路中输入被控变量FI-D521B、FI-D521C，输出操纵变量FV-D521C，图6所示为串级控制方案。

图6 PID串级回路

3.3 分程控制

控制回路中输入被控变量PI-1515，输出操纵变量PV-1515A、PV-1515B，图7所示为分程控制方案。其中MLD-SW为手动操作模块。

图7 SPLIT分程控制回路

3.4 CALCU运算功能块

CALCU功能块灵活性很高，可以满足化工生产中的常见逻辑运算需求。使用文本语句组态，以图8所示进行说明：PVI2设定HH高高报警为80，LL低低报警为20，通过ALIAS声明D变量为{PVI2.ALRM.HH}即PVI2高高报警状态位，声明E变量为{PVI2.ALRM.LL}即PVI2低低报警状态位。实现功能：当D为1，即PVI2的PV值大于80时，SW-002为0即电磁阀断电；当E为1，即PVI2的PV值小于20时，PVI2.PV输出为PVI2.PV+1。

图8 CALCU运算功能块

4 CENTUM VP系统维护与注意事项

4.1 使用SIO-21模块需要注意：SIO-21.PV为0表示阀门关闭，SIO-21.PV为2表示阀门打开，SIO-21.PV为1表示模块未接收到任何位置反馈，SIO-21.PV为PERR则表示同时接收到了开位置与关位置的反馈信号。

4.2 网卡驱动与操作员键盘的驱动需要在YOKOGAWA LICENSE中添加对应的授权。

4.3 CENTUM VP系统所有涉及到拨码的卡件都应当遵循奇校验。

4.4 数字量阀门必须在自动模式下(MODE.AUT)，才能够在顺控程序中调用。

4.5 工程文件的备份，如图9所示，首先选择工程项目，右键Tools，Tuning parameters Saving，选择需要备份的控制站，点击Tuning parameters Save则可以将控制器中的参数上载到组态软件中，确保在生产过程中调整过的PID、报警值等数据准确保存；然后右键Tools，Set Backup，设置Backup destintion备份保存路径。

图9 工程备份

5 结束语

CENTUM VP控制系统灵活、稳定并且易操作，自某公司合成装置DCS系统升级改造后良好运行至今，为某公司的自动控制水平不断提高打下坚实的基础。希望对大家有一定的启发作用。