【摘要】
本文通過簡要介紹濟鋼焦化廠數字化離線控制技術在生產過程中的應用，并對現場總線及DCS控制系統的構成做了簡單敘述，重點對系統配置、通訊系統、自動化控制系統的實現等進行了分析，說明了其設計思路及技術特點。

【關鍵詞】
現場總線　PROFIBUS　DCS　數字化　離線控制

1．引言
　　現代焦化企業，特別是大型焦化企業，其復雜程度越來越高，對這樣的復雜工藝的操作、控制和檢修的要求也越來越高。傳統的DCS由于其信息只限于過程測點，造成大量設備管理信息和維修信息的缺失，因此很難對工藝的優化操作、優化檢修起到有效的指導作用。
　　基于數字化離線控制技術的儀控系統，憑借其強大的現場總線支持功能和日益豐富的智能儀表和設備，將傳統DCS信息采集、診斷監控范圍大大擴展，從而可以有效地獲取現場設備的管理和維修信息，通過高速通信網絡，這些信息可以送到SIS等上層軟件，對企業的優化操作和優化維修進行進一步的指導。
本文將重點介紹濟南鋼鐵集團總公司焦化廠，并結合該廠在數字化離線控制技術方面的應用，對數字化離線控制技術做初步探討。

2．濟鋼焦化廠簡介
　　位于山東濟南的濟鋼焦化廠隸屬于濟南鋼鐵集團總公司，始建于1958年7月，現有職工1440人,年產焦炭280萬噸。除為濟南鋼鐵股份有限公司生產提供冶金焦炭外，還生產煤焦油、工業萘、焦化甲苯、焦化二甲苯、硫酸銨、混合油、洗油、煤瀝青、焦爐煤氣等20余種化工產品。濟鋼焦化廠生產系統包括5座 JN43-80型焦爐、兩座JN60-6型 焦爐，以及配套的備煤、干熄焦和化產回收與精制系統。濟鋼焦化廠始終致力于焦化工藝技術的進步，不斷探求新技術、新裝備在焦化工藝中的應用。在生產操作上廣泛的采用了集中控制技術。備煤、煉焦、干熄焦、化產回收、制冷等系統的操作全部采用計算機遠程操作，重要生產數據的產生，推焦計劃的編制均由計算機控制，有效的降低了勞動強度，提高了生產操作的準確性。
　　該廠自動化系統范圍涵蓋傳統意義上的DCS、DEH、變送器、智能高中壓配電系統、智能低壓配電系統、電磁閥、閥門定位器、電動執行機構、MIS、SIS及主控室設計。
　　儀控系統中DCS系統大量采用了PROFIBUS現場總線技術及HART協議，通過現場總線等方式，將智能儀表、執行機構、高低壓智能保護裝置及電磁閥等接入主DCS，同時現場設備的管理，設備維修信息等通過現場總線進入DCS和上層SIS、MIS軟件，從而實現了生產工藝的優化及優化維修管理，使整個系統實現了集中控制。

3．系統配置

圖1　系統配置圖
　　濟鋼焦化廠DCS控制系統配置如圖1所示。系統共分三個層次，即：操作管理層、過程控制層和現場設備層。操作管理層集成了SIS、MIS和ERP功能，通過實時監控整個系統的運行狀況和設備的狀態，能實現數據歸檔管理、設備狀態檢修管理、報表管理等。過程控制層包括多對冗余的控制單元DPU、工業通訊網絡等，DPU實現對系統的控制和協調，并提供與管理層和現場智能設備層的接口，現場設備層包括遠程智能I/O，帶PROFIBUS總線接口的智能設備，如：執行機構、變送器、智能控制器等。操作管理層與過程控制層通過高速工業以太網相連，過程控制層與現場設備層通過PROFIBUS現場總線相連，通訊速率可達100M。

3.1系統配置特點
　　DCS系統包括6000余個模擬量輸入、模擬量輸出點382個，流量計輸入點265個，開關量輸入860個，開關量輸出420個，這些信號中采用常規信號的，通過ABB的AC800F遠程I/O進行采集并通過PROFIBUS－DP與DPU相連，采用HART協議的儀表通過HART協議與遠程I/O通訊。除此而外，整個系統包括320個電磁閥、300個閥門定位器、200多臺氣（電）動執行機構，這些智能設備均通過PROFIBUS－DP與DPU相連。
DCS與現場設備的連接方式根據距離和環境有兩種，即光纖連接和屏蔽雙絞線連接。

3.2使用數字化離線操作技術帶來的好處
　　濟鋼焦化廠使用數字化離線控制技術帶來的好處可以歸納如下：
　　在技術層面上，由于在DCS系統中采用現場總線PROFIBUS，PROFIBUS的屏蔽雙絞線和光纖大大提高了系統信號的抗干擾能力，提高了系統整體可靠性，同時現場總線的使用，也使得從熱工過程到系統的信號轉換環節減少，系統整體精度提高；另外現場總線預制電纜的使用，大大減少了傳統手工作業的鏍釘端子數量，從而提高了系統的整體安全性。
　　在運行層面上，由于采用PROFIBUS現場總線系統，系統的監控范圍從傳統的系統端子排擴展到全廠，真正實現了全廠監控，同時由于可方便采集設備的管理、診斷及維修信息，使系統具有完善有效的設備診斷功能，真正實現現場設備的遠程編程和維護，真正實現了全廠數據的集中管理，使設備的狀態檢修成為可能，提供更多的設備信息使操作和維護得到優化。

4．小結
　　使用數字化離線控制技術后，由于大量設備管理信息（如設備KKS編號、設備版本號等）及設備診斷維修信息（如設備故障狀態、設備累計運行時間、設備累計啟停次數等）通過現場總線進入DCS并進一步到上層SIS等軟件，因此對DCS提出了新的要求。基于現場總線的控制系統，因其在系統設計方面重點考慮了對現場總線的支持（如集成接口等）和更多信息的處理（如1000M網絡，大容量冗余服務器技術等）能夠滿足數字化企業技術上的要求。
　　數字化離線控制技術，其核心是現場總線技術。PROFIBUS以其開放性、寬廣的應用適應性（適合智能儀表和智能電氣設備）和廣泛的智能設備和儀表支持，獲得了快速的發展，在全球已有超過1300萬節點。而其新一代產品，基于工業以太網的PROFINET更可將工業以及網延伸到現場設備級。
　　數字化離線控制很重要的組成部分是上層組態及顯示控制等應用軟件，上位系統只有對通過現場總線送上的各種設備管理和診斷維修信息進行有效處理，才能對整個企業生產的操作運行、管理和維護維修起到指導和促進作用。
　　在濟鋼焦化廠的數字化離線控制系統投入運行后，其穩定性以及人機界面的友好和豐富的控制功能均比原來的控制系統提高很多，得到了工藝人員和自控維護人員的好評，為實現焦化工藝的穩定運行和周邊環境的改善提供了保障。但在這期間也發現了某些問題，以期在后期維護手段跟上的時候進行對此進一步的完善。其一，主控人員的素質。離線控制要求主控人員既要掌握工藝生產的全況，又要了解現場儀表的運行狀況，還要熟知計算機操作的基本知識，所以對于主控人員的素質要求較高，短時間內主控人員還不能達到這個要求。其二，現場儀表的可靠性有待檢驗，全過程離線操作要求現場儀表具有高可靠性及高穩定性，但由于焦化企業環境的特殊性，大部分介質具有強腐蝕性的特點，因此現場儀表的可靠性與否有待檢驗。
　　總之，濟鋼焦化廠在成功應用數字化離線控制技術以后，無論從勞動效率、工人的勞動環境方面都較以往有了較大程度的改善，特別是在年產量翻一番的情況下，基本沒有增員，創造了同類焦化企業的先河。