在應用中優化解決EPKS系統AI卡件有源通道不足的問題

［摘 要］ 本文主要針對聚甲醛項目中現場儀表有源信號較多，EPKS DCS系統的AI卡件有源通道不足的問題，提出了解決方法及具體實施方案，并在實踐中推廣應用，克服了用添加卡件的方法來彌補有源信號不足的弊端，不但保證了聚甲醛項目的正常工期，而且還給公司帶來了很大的經濟效益。

［關鍵詞］ AI卡件； 有源信號； EPKS； 現場儀表

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 01. 028

［中圖分類號］ F273.1 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1673 - 0194（2012）01- 0046- 02

１ 系統概況

聚甲醛是一種綜合性能優良的工程塑料，有“奪鋼”、“超鋼” “賽鋼”之稱，可替代鋼鐵、銅、鋅和鋁等金屬材料做許多部件，是煤化工產品鏈中極其重要的碳一化工下游產品。

聚甲醛項目生產工藝流程由４個主工序和公用工程系統輔助組成，其中４個主工序為：甲醛工序，以甲醇為起始原料采用銀法催化劑、尾氣循環工藝，甲醇與空氣反應生成甲醛；三聚甲醛工序，由濃度為６０％的甲醛在硫酸催化作用下生成三聚甲醛（簡稱：ＴＯＸ）；二氧五環工序，由濃度為６０％的甲醛與乙二醇在硫酸催化作用下生成二氧五環（簡稱：ＤＯＸ）；聚甲醛工序，由共聚單體三聚甲醛和二氧五環在三氟化硼催化作用下，２種單體共同聚合生成聚甲醛（簡稱：ＰＯＭ）。公用工程系統主要由兩臺４５Ｔ／h的流化床鍋爐、外水源井、除鹽水、循環水、煤儲運系統組成，其中，流化床鍋爐采用ＤＣＳ控制系統，其他采用西門子的Ｓ７系列ＰＬＣ控制系統。

聚甲醛項目的ＤＣＳ控制系統采用的是美國霍尼維爾公司產的Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ過程知識系統控制，系統本著“技術先進、經濟合理、運行可靠、操作方便”的原則進行設計。

２ Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ簡介

２．１ 系統簡介

Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ過程知識系統是Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ最新一代的過程自動化系統，該系統采用最先進的開放平臺和網絡技術，為工業企業提供一個統一的、全廠的、良好開放性的自動過程控制、設備和資產管理、生產管理、集成制造等一體化的知識系統體系結構和全系列的解決方案。Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ為用戶提供了遠高于集散控制系統的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術，支持Ｃ系列Ｉ／Ｏ卡件，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統安全環境獨立于主控系統，提高了系統的安全性和可靠性。

２．２ 應用

Ｃ系列Ｉ／Ｏ卡件有4種主要的卡件類型：數字量輸入ＤＩ卡、數字量輸出ＤＯ卡、模擬量輸出ＡＯ卡、模擬量輸入ＡＩ卡。其中，ＡＩ卡件有１６路模擬量通道，支持ＨＡＲＴ協議通訊，有４路通道支持電壓模式，可以選擇冗余配置，４~２０毫安的輸入，２００毫秒的掃描速率，有４個可以配置的調制解調器用來處理ＨＡＲＴ協議信號。卡件底板上有２０個ＪＰ端子：１６對接線端子ＴＢ１，還有４個端子ＴＢ２。ＴＢ１后４位與ＴＢ２配合使用。現場供電、系統接地的變送器：接線端子一個接ＴＢ１（偶），一個接ＴＢ２。現場供電、現場接地的變送器：接線端子一個接ＴＢ１（偶），一個接ＴＢ２，ＴＢ２對應的ＪＰ切斷。 三線制變送器：兩個接線端子接ＴＢ１（奇偶端子都用），一個接ＴＢ２，ＴＢ２對應的ＪＰ接地。電壓信號：接線端子一個接ＴＢ１（偶），一個接ＴＢ２，ＴＢ１對應的ＪＰ切斷。Ｃ系列卡件——多路低電平模擬量輸入卡（ＬＬＭＵＸ）：該卡件主要用來接收現場的熱偶、熱阻信號。熱偶及熱阻信號經ＰＭＩＯＴＡ送入ＬＬＭＵＸ。一個ＬＬＭＵＸ最多可引入６４個熱偶或熱阻信號。

２．３ 應用分析

在實際應用中，ＰＫＳ系統監視和控制工藝參數，模擬量的輸入信號（ＡＩ）通過ＰＫＳ系統ＡＩ卡件采集到ＤＣＳ系統進行數據處理。ＡＩ信號分有源和無源電流信號。有源和無源是對模擬量的輸入ＡＩ來說的，如果現場儀表需要ＤＣＳ卡件向它提供２４Ｖ電源，那么此儀表對ＤＣＳ來說是無源信號；反之，如果現場儀表其他地方已經向它提供了２４Ｖ電源，不需要ＤＣＳ卡件提供，此現場儀表就稱為有源信號。每個ＡＩ卡件的有源通道只有４個，每個ＡＩ卡１６通道。ＰＫＳ（Ｈｏｎｅｙwｅｌｌ公司ＤＣＳ）系統ＡＩ卡件中， 可接入有源信號的通道數量達不到現場儀表安裝需求，如一些機、泵、皮帶機的電流信號是有源信號，且所占的數量較多，而ＡＩ卡件設計制造時有源信號接口通道只有４個，滿足不了現場有源信號的需求。如果采用常規辦法，采用添加卡件的方法來彌補有源信號的不足，是不合理的，因為一塊ＡＩ卡件只有４個有源信號通道，無源信號的通道會增加更多， ＤＣＳ系統卡件價格昂貴，會造成巨大的浪費，而且卡件的供貨周期長，還會嚴重影響工程項目的進度，所以采取將ＰＫＳ系統卡件的無源信號通道改造成有源通道的方案，既經濟又合理，還能保證工程項目的正常進度。

３ 存在的問題

３．１ 問題分析

ＤＣＳ系統儀表安裝過程中，發現現場儀表有源信號的比例超出設計范圍，有些儀表變送器的有源信號無法連接引入ＤＣＳ系統。ＤＣＳ系統ＡＩ卡件設計制造時，有源通道只占總數的１／４，施工安裝中發現，儀表有源信號的比例超出 ＤＣＳ系統ＡＩ卡件的設計，為了不再另外增加ＡＩ卡件，需要在已有ＤＣＳ系統卡件基礎上，加以設計改造，使得超出設計的有源信號準確連接到ＤＣＳ系統。ＰＫＳ系統ＡＩ卡件上的有源信號接線方法是：信號線（＋）接ＴＢ１的偶數端子，信號線（－）接ＴＢ２。由于ＴＢ２只有4個通道可以接入有源信號，但現場有源信號數量多，通道數量滿足不了有源信號的接線需求。

３．２ 分析和解決問題的方法

ＰＫＳ系統ＡＩ卡件１６通道中只有４個有源通道接口，超出比例的有源信號接線時，可以采用公共端子排將多個有源信號的（-）端跨接到一起，用兩個公共端引入ＡＩ卡件的ＴＢ２（-），與ＴＢ１（＋）端分別連接到ＡＩ卡件的通道接口上實現尋址，通過實驗，證實以上方法能夠準確實現信號采集，確實可行。

具體改造情況如圖１所示。

在使用和測試后，發現ＡＩ卡件ＴＢ２的4個有源通道接線口最終匯到一起，不同的通道地址是通過ＴＢ１的偶數端子加以區別尋址。嘗試在ＡＩ卡件上連接第５個有源通道接線，實施辦法是將第5個有源信號的（＋）接到其中一個ＴＢ１，第5個有源信號的（－）和第4個有源信號的的（－）并到一起，一并通過ＴＢ２的第4口接入ＡＩ卡件，對第5個有源信號通道進行組態，使用信號源輸入不同的信號值，在ＤＣＳ系統上觀察發現，第5個有源信號實現了正常顯示，且與其他通道信號無干擾；后來嘗試按上述辦法在ＡＩ卡件上接入更多的有源信號，各個通道都能實現正常準確的信號采集，從而解決了ＡＩ卡件有源信號通道不足的問題。

３．３ 改造后的經濟效益

本項目完成后直接節省８塊ＡＩ卡件，每塊卡件１５ ６００元，合計１２４ ８００元，相應配套的安全柵１２８個，每個安全柵４５０元，合計５７ ６００元，繼電器１２８個，每個繼電器為１０５元，合計１３ ４４０元，因為不用再訂貨，節約訂貨周期2個月，避免了因為ＡＩ卡件采購問題影響項目安裝進度，保證了聚甲醛項目的安裝進度和工程節點的完成，為公司提前生產出合格的產品，搶占產品市場提供了保障。

４ 結束語

通過上述研究開發并付諸于生產實際應用，彌補了原ＤＣＳ ＡＩ卡件及控制系統的設計缺陷，減少了對生產過程造成的不利影響，從而提高了自控系統的測控性能。實踐證明，對ＥＰＫＳ ＡＩ 卡件有源通道不足的技改，確實有效可行，可以大量推廣，創造更大的社會效益和經濟效益。

主要參考文獻

［１］ 張雪申． 集散控制系統及其應用［Ｍ］． 北京：機械工業出版社，２００６．

［２］ 王常力，羅安． 分布式控制系統（ＤＣＳ）設計與應用實例［Ｍ］． 北京：電子工業出版社，２００４．