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    1.概述

    新加坡金鷹集團(tuán)旗下的山東亞太森博漿紙有限公司新建項(xiàng)目是目前世界上最大的單線制漿和堿回收工廠，全廠過(guò)程控制使用了霍尼韋爾公司的最新一代DCS系統(tǒng)Experion®過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)PKS310，該系統(tǒng)以Experion為平臺(tái)，把過(guò)程控制及安全系統(tǒng)集成為一個(gè)單一且統(tǒng)一的整體。整套系統(tǒng)大量應(yīng)用了冗余C300 控制器、Profibus、Hart總線及霍尼韋爾公司專利的容錯(cuò)以太網(wǎng)技術(shù)，總的IO數(shù)量雖然眾多，但系統(tǒng)仍然保留了足夠的擴(kuò)展空間，更為獨(dú)特的是根據(jù)不同的控制需求，該系統(tǒng)也集成了霍尼韋爾HC900混合控制器的應(yīng)用，是目前霍尼韋爾過(guò)程控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)漿紙行業(yè)最大的項(xiàng)目。

    2．HC900混合控制器簡(jiǎn)介

    霍尼韋爾HC900 混合控制器是一種先進(jìn)的回路及邏輯混合型控制單元，采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足各種過(guò)程處理設(shè)備對(duì)于控制和數(shù)據(jù)管理的需要。這種混合設(shè)計(jì)，為用戶提供了過(guò)程控制非常理想的解決方案。同時(shí)，由于采用開(kāi)放的以太網(wǎng)連接及Modbus TCP 協(xié)議，可采用各種第三方HMI/SCADA 軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入。

    本文主要介紹項(xiàng)目中使用的C70R冗余控制器結(jié)構(gòu)。

    2.1 HC900硬件結(jié)構(gòu)介紹

    2.1.1 C70R 冗余控制器

    HC900控制器的CPU包括用于非冗的C30 、C50、C70及用于冗余的C70R。

    完全冗余HC900 控制器由兩個(gè)互為主從的C70R 控制器模塊、可由兩路獨(dú)立供電的雙電源模塊、冗余控制器切換模塊、不帶本地I/O的單獨(dú)機(jī)架組成，通過(guò)冗余控制器切換模塊（RSM）上的一個(gè)鑰匙開(kāi)關(guān)也可以手動(dòng)改變主從C70R 控制器的運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)和工作模式的切換。

    HC900混合控制器提供開(kāi)放的以太網(wǎng)通訊，可以通過(guò)PKS的SCADA與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接到一起。C70R提供冗余以太網(wǎng)端口，與C300控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)實(shí)時(shí)通訊及遠(yuǎn)程IO實(shí)時(shí)通訊。C70R模塊使用雙重掃描模式，用于處理快速數(shù)字掃描和常規(guī)模擬輸入掃描，在常規(guī)掃描期間執(zhí)行的功能模塊與模擬輸入測(cè)量同步，最高刷新速率為500ms。非冗余控制器，快速掃描功能模塊的最高更新速率為27ms。對(duì)冗余于控制器，最高更新速率為53ms。

    HC900 C70R 控制器模塊使用閃存卡保存組態(tài)程序，用電池后備RAM存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以便在電源中斷的情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全恢復(fù)。

    在HC900 控制器上電以后，第一個(gè)可用的C70R 控制器模塊便為主控制器，主控制器實(shí)時(shí)地刷新后備控制器，一旦出現(xiàn)故障事件，能確保控制同步所需信息一致。

    主控制器在過(guò)以下情況下轉(zhuǎn)變?yōu)楹髠鋸目刂破鳎?

    主控制器發(fā)生故障
    手動(dòng)切換位于RSM冗余切換模塊上的鑰匙開(kāi)關(guān)
    主機(jī)通訊發(fā)來(lái)的指令

    C70R CPU 主機(jī)通訊采用冗余網(wǎng)絡(luò)。主控制器上的所有網(wǎng)絡(luò)端口都保持激活。從控制器 上的網(wǎng)絡(luò)端口不可用于外部通訊，Honeywell 的OPC 服務(wù)器軟件可用于支持冗余以太網(wǎng)通訊和自動(dòng)傳輸通訊。

               

    RS232通訊口，完成組態(tài)軟件上傳或下傳，Modbus/RTU 協(xié)議
    RS422通訊口，可用于與就地操作面板連接，Modbus/RTU 協(xié)議
    RS485通訊口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊，Modbus/RTU 協(xié)議
    以太網(wǎng)通訊口，可同時(shí)支持10臺(tái)上位機(jī)遠(yuǎn)程通訊，Modbus/TCP協(xié)議

    C70R控制器通過(guò)100Base-T通訊網(wǎng)絡(luò)與其PC機(jī)接口進(jìn)行通訊、使用的是Modbus/TCP 協(xié)議（一種開(kāi)放的接口協(xié)議，可用于多數(shù)流行的HMI 軟件包）。C70R 最多可以同時(shí)支持10個(gè)主連接，主機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行控制監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集。

    2.1.2 I/O 模塊

    HC900 控制器支持將I/O 模塊從卡槽上直接插拔，而無(wú)需掉電。卡件插入后，控制器會(huì)自動(dòng)識(shí)別是否有效并進(jìn)行自動(dòng)組態(tài)。
控制器通過(guò)100 Base-T 以太網(wǎng)物理通訊鏈路可與5 個(gè)I/O 機(jī)架進(jìn)行通訊。當(dāng)系統(tǒng)使用一個(gè)以上的I/O 機(jī)架時(shí)，則需要集線器，擴(kuò)展模塊的兩個(gè)擴(kuò)展通訊口分別連接一個(gè)集線器，通過(guò)使用兩個(gè)以太網(wǎng)集線器，連接距離最長(zhǎng)可達(dá)300米。

    HC900 遠(yuǎn)程I/O 通過(guò)遠(yuǎn)程I/O 擴(kuò)展模塊與主CPU 模塊通訊并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

    I/O模件為插卡式安裝，支持熱插拔
    HC900的IO模件種類齊全，可適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，本項(xiàng)目中使用了：
    AI模件（16個(gè)通道/卡）可以接收各種型號(hào)的模擬輸入，只需在組態(tài)時(shí)選擇輸入型號(hào)類型即可
    DI模件（16個(gè)通道/卡）可以接收無(wú)源接點(diǎn)輸入
    DO模件（16個(gè)通道/卡）可以輸出無(wú)源接點(diǎn)或24VDC／220VAC輸出

    2.2 HC900控制器組態(tài)軟件

    HC Designer混合控制設(shè)計(jì)軟件是基于Windows專用于HC900控制的控制策略組態(tài)工具，可以通過(guò)以太網(wǎng)、串行端口或調(diào)制解調(diào)器連接組態(tài)。與帶有雙以太網(wǎng)功能的C70R CPU一起使用，HC Designer混合控制設(shè)計(jì)軟件支持對(duì)兩個(gè)通訊端口的驗(yàn)證，可以與任一端口連接使用。這種控制器提供了先進(jìn)的監(jiān)控功能用與調(diào)試，允許通過(guò)軟件改變運(yùn)行模式設(shè)置，上載完整的、帶注釋的、圖形化的控制器組態(tài)，以及提供一組增強(qiáng)型文件報(bào)表。

    2.2.1功能特點(diǎn)

    圖形化的拖拽和軟件接線組態(tài)方式
    支持運(yùn)行模式下的在線編輯和下裝功能
    圖形化的拖曳和軟接線組態(tài)方式
    支持Run 運(yùn)行模式下的在線編輯和下裝功能圖形化功能模塊組態(tài)
    允許使用“工作表”進(jìn)行圖形化組態(tài)分區(qū)，可多達(dá)800多組態(tài)頁(yè)
    多種在線監(jiān)控功能: 用戶定義和預(yù)定義的監(jiān)視窗、功能模塊端腳值、同時(shí)打開(kāi)多個(gè)功能模塊、對(duì)源信號(hào)的回溯
    5種縮放級(jí)別，用于細(xì)節(jié)查看
    用于分析控制器、I/O，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和控制器對(duì)等連接的在線診斷窗口
    支持以太網(wǎng)、RS485、RS-232直接和RS-232調(diào)制解調(diào)器的通訊方式來(lái)訪問(wèn)HC900控制器

    2.2.2軟件組態(tài)界面如下：

               

    2.2.3數(shù)字量操作

    可以在線實(shí)時(shí)地監(jiān)視過(guò)程數(shù)據(jù)及邏輯運(yùn)算狀態(tài)，方便地診斷現(xiàn)場(chǎng)故障。
 
    在單一顯示畫(huà)面上可以有多個(gè)工作表的多功能模塊監(jiān)視器訪問(wèn)，大多數(shù)內(nèi)部參數(shù)可用于讀/寫(xiě)，同時(shí)模塊輸出也可以被強(qiáng)制，包括 I/O 和邏輯模塊；邏輯狀態(tài)在線指示，綠色的實(shí)線表示“開(kāi)（ON）”狀態(tài)，紅色的點(diǎn)劃線表示“關(guān)（OFF）”狀態(tài)。 

               

    HC900提供了多種邏輯運(yùn)算模塊，通過(guò)模塊的組合，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算能，聯(lián)鎖保護(hù)功能，

                                          

    常用邏輯模塊如AND、OR、NOT、XOR、COMPR，此外，還可以通過(guò)一個(gè)模塊定制自己的運(yùn)算公式，從而免去多重組合。通過(guò)不同的模塊組合，就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)功能等。

    3．Experion C300控制器與HC900混合控制器在制漿生產(chǎn)線的集成應(yīng)用

    3.1 控制過(guò)程及需求

    本項(xiàng)目利用硫酸鹽連續(xù)蒸煮法進(jìn)行木片蒸煮和漂白，生產(chǎn)漂白木漿。

    在保證纖維中高的半纖維素含量的同時(shí)降低木素含量，并保存纖維強(qiáng)度。在緊湊蒸煮方法中，浸漬在低溫下完成，大約100C。IMPBINTM，是一個(gè)單獨(dú)的常壓容器，兼具預(yù)汽蒸和預(yù)浸的作用。

    從蒸煮器過(guò)來(lái)的粗漿中往往含有少量對(duì)設(shè)備和造紙有害的雜質(zhì)，如未蒸解部分，纖維塊，樹(shù)皮以及外來(lái)的雜質(zhì)如砂石，金屬雜物，橡膠和塑料等。篩漿的目的就是將這些雜質(zhì)除去，以滿足產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)的需要。

    漂白是將漿的白度通過(guò)化學(xué)品除去漿中的木素或者改變木素發(fā)色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    生產(chǎn)漂白用化學(xué)藥品要通過(guò)電解槽產(chǎn)生氯氣和氫氧化鈉，測(cè)量槽電壓需要數(shù)量眾多的測(cè)量點(diǎn)，需要將其電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為電流信號(hào)。

    由于制漿過(guò)程是一個(gè)連續(xù)、生產(chǎn)線長(zhǎng)、介質(zhì)多樣的生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)備造價(jià)高昂，前后工序聯(lián)系緊密，需要嚴(yán)密的開(kāi)停機(jī)順序及多重聯(lián)鎖保護(hù)，才能保證設(shè)備在異常情況下緊急、順序停車，避免安全事故及設(shè)備損壞。在老項(xiàng)目中利用了繼電保護(hù)系統(tǒng)及獨(dú)立電壓電流轉(zhuǎn)換器，查找故障點(diǎn)及修改聯(lián)鎖值比較麻煩，由于某些邏輯輸出來(lái)自DCS，當(dāng)DCS故障時(shí)則系統(tǒng)將失去保護(hù)作用，且非冗余系統(tǒng)，可靠性不高。獨(dú)立電壓電流轉(zhuǎn)換器使檢修工作量較大，轉(zhuǎn)換器易出現(xiàn)漂移、信號(hào)不準(zhǔn)等問(wèn)題。如新項(xiàng)目如原來(lái)設(shè)計(jì)幾百個(gè)轉(zhuǎn)換器將占用非常大的空間。

    借助PKS系統(tǒng)的開(kāi)放性，充分利用HC900的特點(diǎn)，本項(xiàng)目選擇了兩套HC900系統(tǒng)應(yīng)用于制漿工段及化學(xué)品工段。

    3.2 制漿化學(xué)品HC900及PKS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    3.2.1 Experion C300控制器與HC900混合控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊

    在PKS系統(tǒng)中，與HC900混合控制器通訊是通過(guò)其PCDI(Peer Control Data Interface)對(duì)等控制數(shù)據(jù)接口程序完成的，在此過(guò)程中需要配置主數(shù)據(jù),

    3.2.2對(duì)等控制數(shù)據(jù)集成接口

    從Experion R310開(kāi)始,C300控制器支持對(duì)等數(shù)據(jù)控制接口,用于過(guò)程控制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。在Experion R310 Control Builder中可以通過(guò)功能塊設(shè)置該接口。

    FTE容錯(cuò)以太網(wǎng)是C300控制器與HC900第三方設(shè)備進(jìn)行通訊的介質(zhì)，MODBUS遠(yuǎn)程終端RTU對(duì)等設(shè)備連接到MODBUS TCP對(duì)等網(wǎng)橋, MODBUS TCP對(duì)等設(shè)備通過(guò)FTE連接到網(wǎng)橋。

               

    3.2.2.1 MODBUS TCP 組件及PCDI結(jié)構(gòu)

    PCDI_MATER 代表MODBUS TCP主設(shè)備或MODBUS TCP橋
    PCDIFLAGARRCH旗標(biāo)量需求陣列模塊，允許訪問(wèn)MODBUS TCP設(shè)備輸出/數(shù)字量輸入
    PCDINUMARRCH 數(shù)字量需求陣列通道模塊，允許訪問(wèn)MODBUS TCP設(shè)備寄存器

               

    3.2.2.2 PCDI組態(tài)

    項(xiàng)目中添加PCDI_MATER塊。
    在MBTCP庫(kù)中將PCDI_MATER塊拖入C300的CEE控制執(zhí)行環(huán)境中，輸入主塊的名字

               

                             

    選擇設(shè)備類型為冗余MODBUS TCP設(shè)備類型。設(shè)置完成后下裝到C300執(zhí)行環(huán)境中。

                         

    添加PCDI陣列需求通道模塊到控制模塊CM中。

                

    3.2.4蒸煮、篩選、漂白系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    在蒸煮、篩選、和漂白工段PKS使用了2對(duì)C300控制器，HC900也作為節(jié)點(diǎn)通過(guò)交換機(jī)連到制漿區(qū)域的服務(wù)器，其中包括105個(gè)AI，24個(gè)DI，74個(gè)DO到閥門(mén)或電機(jī)控制器。

               

    3.2.5　化學(xué)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

               

    在化學(xué)品工段PKS使用了2對(duì)C300控制器，HC900包括348個(gè)AI，用于電壓/電流信號(hào)轉(zhuǎn)換，與一期相比，通過(guò)HC900大量節(jié)省了獨(dú)立轉(zhuǎn)換卡。

    3.3 氧脫木素工段安全保護(hù)

               
　　
    經(jīng)過(guò)篩選洗滌后的漿料進(jìn)入一段氧脫反應(yīng)器，加入氧化白液，將氧氣和中壓蒸汽一起加入漿料中，經(jīng)過(guò)混合器攪拌混合均勻后進(jìn)入一段氧脫反應(yīng)塔，控制一定的溫度、壓力和反應(yīng)時(shí)間，一段氧脫反應(yīng)器為升流式。漿料經(jīng)過(guò)一段氧脫反應(yīng)器后進(jìn)入二段氧脫反應(yīng)器，在進(jìn)入二段氧脫反應(yīng)器之前，根據(jù)工藝規(guī)定參數(shù)加入一定量的NaOH、氧氣和中壓蒸汽，經(jīng)過(guò)混合器攪拌混合均勻后進(jìn)入二段氧脫反應(yīng)器，控制一定的溫度、壓力和反應(yīng)時(shí)間，二段反應(yīng)器為降流式。

    現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值送入HC900通過(guò)監(jiān)視氧反應(yīng)器內(nèi)壓力變化，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)壓力超出聯(lián)鎖值時(shí)，邏輯運(yùn)算結(jié)果同時(shí)作為C300的判斷條件，控制氧氣及蒸汽閥門(mén)和泵的開(kāi)關(guān)啟停。

               

               

               

    4. 應(yīng)用總結(jié)

    HC900系統(tǒng)簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)非常適合這種IO數(shù)量不多但又和過(guò)程系統(tǒng)有復(fù)雜關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)應(yīng)用，同時(shí)也非常適合某些需要幾百個(gè)V/I信號(hào)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。本文僅總結(jié)了HC900　C70R冗余系統(tǒng)及Experion C300控制器在制漿行業(yè)的某一工段中的集成應(yīng)用，希望能給其它領(lǐng)域中的HC900用戶提供有益的借鑒。