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案例详细
标题MACS控制系统在木糖醇项目中的应用
技术领域电源
行业化工
简介介绍了MACS控制系统的网络结构和布局，以及其在木糖醇项目中的应用。
内容



1  MACS控制系统简介

    兖矿鲁南高科技化工园区千吨级木糖醇项目工艺复杂，系统操作压力高，易燃易爆，自动化水平要求高，其中有许多复杂逻辑自动控制方案，如配料工段顺控控制方案、氢化系统联锁控制方案等，这就要求DCS控制系统就有强大的软件编程水平和系统稳定性。
    木糖醇项目DCS控制系统使用的是北京和利时系统工程股份有限公司开发的大型分布式控制系统―MACS控制系统，该系统采用目前世界上先进的现场总线技术，具有可靠性先进、性价比高等特点。和国外相同功能的DCS控制系统如ROSEMOUNT-DELTAV、BAILEY-INFI90等系统相比，该控制系统具有价格低廉、全中文界面便于学习掌握、系统运行稳定可靠等优势。
    一个大型的MACS控制系统可由多个服务器组成，由此将系统划分为多个域，每个域可由独立的服务器、系统网络SNET和多个现场控制站（I/O站）组成，完成相对独立的数据采集和控制功能。操作员站和高级计算机站等可通过域名登录到不同的域进行操作。MACS控制系统的网络由上到下分为管理网络（MNET）、系统网络（SNET）和控制网络（CNET）三个层次。系统网络实现工程师站、操作员站系统服务器与现场控制站的互连，控制网络实现主控单元与过程I/O单元的通讯。
现场控制站的技术特点：
(1)  每个现场控制站有两个控制器，一主一辅，相互冗余，保证系统可靠性，可实现无扰动切换；
(2)  电源1：1冗余，保证电源系统稳定可靠；
(3)  I/O卡件冗余，保证数据采集传输系统可靠性；
(4)  网络冗余，每个现场控制站设计两套系统网络接口，实现系统网络双冗余结构，保证网络系统可靠性；
(5)  分散隔离措施，保证系统可靠性；
(6)  带电插拔功能，方便维护，安全可靠；
(7)  系统故障自诊断能力，具有故障指示功能，便于排查故障；
(8)  丰富的功能实现，根据现场的不同需要用丰富的组态编程工具实现控制方案，满足客户控制要求。



图1  现场控制站内部结构图


2  木糖醇项目DCS控制系统硬件配置

木糖醇项目DCS控制系统由三台操作员站、一台I/O控制单元组成。
(1)  I/O控制单元由主控单元、I/O单元、电源单元、专用机柜四部分组成，完成现场信号采集、工程单位变换、通过系统网络将数据和诊断结果传输到操作员站等功能。
(2)  操作员站和工程师站是最重要的人机交互界面，由高档工控微机组成，进行生产现场的监控和管理。
(3)  DCS控制系统网络由上到下分为系统网络和控制网络两个层次。系统网络实现现场控制站和系统操作员站的互连。控制网络实现现场控制站与I/O单元的通讯。
(4)  操作员站配置说明：
计算机：DELLGX270 P4 2.26G/256M/40G/CD/网卡；
显示器：DELL21；
交换机：DLINKDES-1008；
专用键盘；
专用球标；
软件狗。
(5)  现场控制站配置说明：
FP030：机柜                                   1台；
FM910-A：现场电源                    4块；
FM811：主控单元                         2块；
FM143：8路热电阻输入模块                3块；
FM148A：8路模拟量输入模块                 16块；
FM151：8路模拟量输出模块                   8块；
FM147：8路热电偶输入模块                   4块；
FM171B：16路开关量输出模块                 4块；
FM161D：16路开关量输入模块                 6块；
FM192B-CC：冷端匹配器                      1块。
(6)  控制网络:
拓扑结构：总线式；
最大节点数：126；
传输速率：9.6Kbps~12Mbps；
通讯介质：双绞线或光缆。
(7) 木糖醇项目DCS控制系统网络结构如图1所示。



图1  木糖醇项目DCS控制系统网络结构图

3  木糖醇项目DCS控制系统软件设计

(1)  MACS控制系统现场控制站组态软件为CONMAKER系统
    CONMAKER系统是用于开发控制方案的开发平台，包含有控制方案编辑器和仿真调试器，是一套完整控制编辑和调试软件包。
    木糖醇项目的仪表I/O测量点分模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、热电偶输入（TC）、热电阻输入（RTD）五类，单回路PID调节28个，串级调节回路4个，有配料工段顺控控制方案、氢化系统控制调节方案以及温压补偿等多种控制算法方案。
    控制方案设计采用FBD功能块、ST语言等编程工具实现。单回路调节和模拟量输入的组态方法如图2所示。



图2  单回路调节和模拟量输入的组态方法

其他调节回路和控制方案就不再做详细说明了。
(2)  MACS控制系统操作员监控操作软件为FACVIEW系统
    FACVIEW系统是制作操作员监控操作界面的工具软件。用于绘制流程图、趋势报表、报警、操作日志等，为操作人员提供便于操作监控系统运行状态的平台。可对操作站的使用权限进行分配设置监视员、操作员、工程师等不同权限的用户，根据不同权限实现不同的操作控制功能。可保留最近30天的操作记录和历史趋势便于分析判断故障原因。

4  系统调试

(1)  I/O测量点单通道调试：对所有I/O卡件所有通道用信号发生器送模拟信号进行测试，测量精度准确，测量误差符合要求。
(2)  控制回路控制室手动、自动控制正常，阀门动作准确到位，手动、自动控制可实现无扰动切换，达到工艺要求。
(3)  对配料工段顺控程序、氢化系统控制加模拟信号进行仿真调试，阀们动作顺序正确，连锁报警正常，达到工艺要求。
(4)  控制器、电源卡冗余切换实验正常稳定，可实现系统长周期稳定运行。
经过长期的连续运行证明该系统运行稳定可靠，控制方案安全可靠，完全达到工艺要求。