莱钢10#空分装置控制系统的设计

　摘要：文章介绍了莱钢10#制氧机组控制系统的配置与控制功能。设计中采用的现场总线、DCS、PLC技术相结合的控制方案非常先进，对于自动化控制的设计和应用有着很大参考价值。

1 概述

莱芜钢铁集团有限公司于2003年12月投产的10#制氧机是一套22000m3/h内压缩流程制氧机组。该机组主体设备为杭州空分设备厂提供。采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料塔、氧气内压缩等先进工艺流程。整套机组包括：空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机系统、分馏塔系统、氮气压缩系统、液体贮存系统等。莱芜钢铁集团有限公司自动化部经过论证后采用现场总线、DCS、PLC等先进技术相结合的控制方法，实现了该机组自动控制、数据通讯及上位机管理。

2 控制系统硬件配置及技术特点

2.1 控制系统硬件配置

AC800F DCS是ABB公司推出的一种全能综合型控制系统，集DCS和PLC优点于一体，支持多种国际现场总线标准，既可连接常规I/O，又可连接Remote I/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等现场总线设备。系统分为两级：操作管理级（OS、ES、网关GS）和过程控制级（过程站PS、现场控制器AC800F）。

莱钢10#制氧机DCS选用的是AC800F和Profibus现场总线，并带有2个操作员站OS、1个工程师工作站ES，具有电源、操作站、控制器冗余功能。通过标准TCP/IP协议以太网，实现整个流程中空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压压缩、膨胀透平、氧氮精馏、氩精馏、氮气压缩等子系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。硬件配置示意图如下图1：

图1 硬件配置示意图

其中ES和OS选用了目前流行的P4微机。1台EPSON LQ-1600K针式打印机实时打印报警和操作；1台彩色激光打印机打印报表、程序和画面等。

现场总线控制器AC800F由基本单元、电源和以太网卡、现场总线接口卡组成，其中：底板为基本单元PM802F，按照用户组态的控制应用程序进行运算和控制；另有7个槽，其中P1槽插电源模块SA801F，为卡件提供5VDC/5A工作电源和3.3VDC/5A辅助电源；E1和E2槽插冗余以太网卡EI803F，F1~F4槽插现场总线接口卡，本系统选用的是Profibus现场总线接口卡FI830F。

用2个现场总线控制器AC800F可实现控制器冗余，主从AC800F之间可无扰动整体切换。每个AC800F上都有两个以太网卡EI803F，提供10BaseT接口，第一个用于连接系统网络（DigiNetS），2个现场总线控制器AC800F的第二个网卡之间彼此互连，形成专门的冗余通讯链接（DigiNetR），以确保主从AC800F之间的信息同步。一旦主AC800F故障，从AC800F能迅速无扰动的接替工作。

组态结果和实时过程数据存储在RAM中，以太网卡和电源卡上装有RAM后备电池，可在掉电时保持组态内容和数据。

AC800F控制器通过Profibus现场总线接口卡FI830F与S800 I/O相连，实时采集现场信号并将控制运算结果送到相应的信号输出模件。

根据系统实际需要，共配置有3个S800 I/O站。每个S800 I/O站有12个槽（0~11），其中第0个槽插CI830模件，用于与Profibus-DP主站连接，并设定Profibus-DP从站地址；第1~11个槽可混插各种类型的I/O模件。

空气压缩机采用SIEMENS S7-400 PLC控制，氮气压缩机采用AB SLC5 PLC控制，通过标准TCP/IP协议以太网实现与主DCS系统的数据通讯。