公司组织考察，看了别人家的DCS系统，才明白，什么叫做真正的一夫当关，万夫莫开，自动化程度远比我们想象的强大！
文 | 宋永宏
通过考察国电智深DCS系统，给大家展示一种新的控制模式：
压缩机控制由DCS统一控制，现场所有压缩机、还原调功柜、电加热等由DCS实现逻辑控制，无缝对接，现场无需再配PLC，也减少了对压缩机厂家的依赖。
克服了很多企业控制系统五花八门，接口不统一，备件存量高，维护成本高等的缺陷。
整个系统包括的主要工艺控制过程有：
氯硅烷合成工艺控制系统；
精馏工艺控制系统；
还原炉控制系统（水系统及各调功柜）；
CDI控制系统；
冷氢化控制系统（电加热器）；
硅粉输送控制系统（两套）；
压缩机控制系统（各工序冷冻机压缩机）
锅炉控制系统（两套）,空调控制系统；
1、网络结构和通信：
图1：网络结构图
国电智深EDPF-NT+系统系统采用对等网络结构，无网络服务器，降低了危险集中风险。采用广播机制，保证网络传输的实时性；没有数据翻译/转换环节，减少延迟；缩短数据传送路径，提高系统响应性能；网络冗余配置，双网并发，接收冗余过滤，自愈型网络多点相交，任何情况下保证通讯畅通内气体报警GDS和加热器等设备均通过双绞线的形式接到位于网络柜的串口服务器，再通过串口服务器接入DCS系统。而还原炉这些重要设备则通过交换机直接接入系统，由DCS控制器来实现modbus-TCP通讯，实现了更加稳定的通讯，并提供了额外的硬件冗余，保证了生产安全稳定。
数据库结构：分布式数据库的原点分布在各个站内，用点目录文件实现分布于各站的数据库的集中管理。DCS每个站都是数据源，全部站点数据源总和构成EDPF-NT系统完整的实时数据库。每个站都可以接收且仅接收自己需要的实时数据。实时数据的更新方式支持组播和定阅两种。采用以站为基础的大容量分布式实时数据库引擎核心，提高了系统动态安全性。域内、域间实时数据的组播和定阅两种数据刷新方式。维护更加简便、安全、可靠，并突破了数据实时性能瓶颈。
2、供电方式
采用两路三相四线制380VAC输入。两路相互独立的电源分别来自UPS和市电。正常工作时，UPS和市电各承担50%的负荷，不会导致一路长期高负荷，另外一路无负荷的情况。当任何一路电出现问题的情况下，全部负荷会转移到正常供电的那路输入电上，当故障排除后，用电负荷会再次平分在两路输入电源上。控制柜电源为双路电源输入，每路电源为220VAC，通过机柜电源转成24VDC，两组24VDC电源同时工作。
3、安全性与稳定性介绍
所有与联锁和停车相关的测点与执行机构的硬件通道均采用冗余设置，对配置有电磁阀的气动调节阀实行双重动作，即切断气源的同时也将调节阀输出恢复至安全位置。同时系统通过逻辑保证ESD动作级别高于联锁动作级别，联锁动作级别高于手动和顺控动作级别。针对大型设备如氢压机或者空调机组，设计完整的报警和跳闸逻辑，并提供跳闸首出等功能，方便设备运行时的监控和设备急停后的事故追忆。DCS的保护逻辑要远比ESD更加丰富，能够实现ESD的所有功能，但ESD保护认证层级更高。从通俗上来讲，可以比作DCS可以达到2-3层的保护，而SIL3认证的ESD系统可以达到4-6层保护，甚至更多。
EDPF-NT+系统的安全策略是通过多个层级来实现的：
在硬件层有强化的机械电气防护性能；
在通道层有通道冗余和细致的自诊断系统；
在用户层有丰富的安全策略，通过域和用户的划分来实现复杂的操作权限结构，保证专业的人员从事专业的操作，防止越权导致的误操作出现；
在操作层可以通过逻辑来实现当前工况的分析，从而达到对执行机构的各种操作保护限制，比如开、关允许条件等，防止操作员操作失误。重要的设备操作采用二级菜单确认，保证操作员不会出现鼠标或键盘误点击产生的严重后果。
在逻辑层可以附加更多的安全保护策略，精馏塔的五级塔全回流逻辑保护，能够在联系密切的五个精馏塔中一个或多个塔参数波动的情况下，尽可能的保持正常塔的稳定工作。
所有的联锁投切条件操作权限仅仅开放给相应工艺车间的工程师，只有得到工艺车间的工程师授权后，才能够对该车间的联锁投切条件进行操作，由专业人士监管可以尽量避免和减少人为因素造成的严重后果。
历史数据、报警、操作记录和所有事件均会被系统自动记录，任何时间在任何机器上的操作记录均能追究到人。
可以针对每个工艺车间的每台操作员站独立设计报警系统，可选择强行弹出预设的重要参数报警的方式来提醒操作员，报警声音和报警画面同步警告操作员。每台操作员站独立设置光字报警能够保证操作员不会被自己工作范围外的报警信息所打扰，提高工作效率和专注度，第一时间及时处理系统出现的问题。
图2:冷氢化急冷塔排污罐联锁
系统的稳定性其实与安全性密不可分。
EDPF-NT+系统从网络结构、软件平台、总线结构、控制器、IO卡件、过程接口等方面着眼，保证系统的稳定运行。
4、人机界面
操作画面全部为中文环境，简单易学，操作方便, 可以直接看到所有的测点信息，包括Hart通讯传上来的各种数据、逻辑细节图、测点详细信息、自诊断信息，操作记录查询方便。通用可筛选的全系统事件信息、实时/历史趋势、联锁投切、联锁条件、顺控状态等查看方便。自动投运状态画面上的阀位反馈均来自于Hart的真实阀位反馈，对于操作员判断阀门故障状态意义很大。另外，整个系统自动投用率很高，大大提高了控制的精度和可靠性。氢气进料、三氯氢硅进料、混合器进料、尾气压力调节等自动回路均投入了自动，还原炉调功通过操作员修改每小时电流增量的半自动形式实现，效果较好。在这种自动化投入率的情况下，每个还原操作员能够同时完成5-6个还原炉的常规操作，提高了效率也降低了人员成本。(宋永宏，根据2015年DCS考察报告修改)
图3:还原炉进料控制画面
图4：压缩机参数画面
图5：电加热各芯温度显示预警
5、总结
此系统的优点是集中控制、全面掌握，自动化投入率高的情况下，每个操作员能够同时完多项常规操作，提高了效率也降低了人员成本。大型设备如冷冻机压缩机状态数据实时监控，联锁参数方便管理和预警，有效预防跳车事故的发生。电加热各组参数一目了然，超温报警可及时预判和调整，有效降低电加热器烧坏的故障率，保证生产的稳定连续，提高生产效率。
图6：压缩机控制细目
系统的维护重点是网络通信，只有保证通信的安全、稳定、畅通、可靠才能使系统发挥效能。另外，这套系统和电气的交叉信号庞杂，，比较集中，维护量比较大，必须制定严格的维护制度。
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