1． 系统特点 分散控制系统（DCS）是目前最先进的过程控制方式。国内制氧机从第四代流程开始采用DCS控制系统，但目前第三代制氧机的控制系统多采用进口DCS系统，其价格昂贵，制约了DCS系统在中小型制氧机上的应用，尤其是在制氧机改造工程中难以承受。采用国产先进DCS来控制国产制氧机组，是提高机组运行水平、降低系统造价，减少运行维护费用的好方法。中国电力科学院北京电研智深控制技术有限公司自主开发的EDPF-NT系统已经在国内有180多个电厂安全可靠运行了10多年，能完善地满足各种规模动力系统的数据采集（DAS）、顺序控制（SCS）、模拟量闭环控制（MCS）、汽轮机控制等的要求。能完成复杂的顺控和闭环控制。我们在多年的运行实践中不断完善系统的软硬件水平，目前系统的性能和寿命已经可以与进口系统媲美。 在2001年又与北京科技大学合作，成功地将EDPF-NT系统应用于锡兴钢铁公司制氧分厂5400m3/h（制氧机）空分装置上。 1.1 EDPF-NT系统主要技术性能 此系统以迅速发展的网络通讯为基础,以面向功能和对象而实现以站为基本单元,在配以独具特色的专门分散动态的实时数据库,加专门为系统而设计、开发的高性能的全分散型智能测控子系统，使之成为一套集现代设计思想和现代设计为一体的先进DCS系统，其性能如下： （1） 冗余的高速数据公路，通讯速率100Mbps，最长传输距离40Km（光缆）或2.5Km（同轴电缆），传输介质可用光缆、同轴电缆或双绞线。每秒钟网络允许传输32万个点； （2） 系统最多可配置254个站； （3） 系统可处理点数3.2万个，处理周期1秒； （4） 每个控制站（DPU）最多容纳1024个I/O点，可处理99幅LOOP（模拟量组态图）、999幅Ladder(开关量控制逻辑图)和999个text(文本式控制算法)； （5） 控制站(DPU)热备份冗余，控制器切换时间小于30ms； （6） 系统最快处理周期30ms； （7） 模拟量采集精度均优于1‰， （8） 模拟量输出精度优于1‰； （9） 顺序事件分辨率（SOE）优于1ms， （10） 操作站显示分辨率可达1600×1200； （11） 操作站操作响应时间小于1s，画面参数更新时间1s； （12） 历史站可收集并存储10000个点以1s间隔长达31天的所有数据，能快速查询，并能以excel、SQL等数据形式导出。 1.2 EDPF-NT 系统的主要优点: （1） 高可靠性和高可利用率 EDPF-NT系统无主机，无通讯管理器，任何故障都被限制在有限范围内，决不会导致系统崩溃，真正实现了功能分散，危险分散。 该系统所有重要设备和环节全部采用冗余设计，所有重要的功能都采用了多重容错方式实现，以确保系统的可靠性。如：冗余的交流和直流供电系统，冗余通讯网络，DPU站双控制器热备冗余；此外，控制系统按回路分散设计，软手操、硬手操可按备用设计；所有硬件均实行48小时强化老化；控制系统具有异常工况识别与自动切换功能。 强化的结构设计，所有I/O模块和电源模块采用全封闭结构（强化铝合金外壳密封），防尘、防静电、抗电磁干扰。模件表面贴装后喷涂军工三防涂料（防潮、防盐雾、防霉菌）。 该系统采用各种抗噪声技术，包括光电隔离、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽，在电子噪声、电磁场干扰、射频干扰及振动较大的现场环境中都能连续运行且性能不降低。 （2） 良好的可维护性 具有完善的自诊断功能，并以CRT画面形式全面提供自诊断信息，可诊断网络、站、模块，直到I/O点。通过这些信息，用户可及时、准确地进行故障定位，将维修时间减至最少。该系统在线维修无需停电，按自诊断系统报告直接更换模件；所有模件全封闭，无须清扫，终生免维护。系统的大量设置由软件自动完成，从而降低了安装和维护劳动强度，缩短了安装调试时间。 机柜内的模件可带电插拔而不损坏，且不影响其它模件及系统的工作。对某一处理器模件的切除、修改或恢复投运，均不影响其它处理器模件及系统的运行。 模件的种类和尺寸规格少，以减少备件的范围和支出费用。 （3）良好的适应性 该系统可以通过组态来配置应用规模，具有从大规模到小规模的广泛应用性，系统还允许将多个站的功能集成在一个站实现，以满足有特殊要求的工程或微型工程的需要。 模拟量输入模件经过精心设计允许信号类型混排，热电阻信号、电压信号、热电偶信号、变送器信号等不同种类的信号可接入同一模件，模件还可为变送器提供电源，为设计施工带来了方便。 16路DI卡件的每一个点均可通过软件设定为SOE点，使其分辨率达到1ms。无独立的SOE系统，方便系统设计和对机组故障的分析。 EDPF-NT系统可接受二路220V AC供电，一路直接接入系统配电装置，另一路接入不间断电源UPS，UPS的输出再接入系统配电装置。这样，无论是二路电源的任意一路故障还是二路电源同时故障，或是UPS故障，都能保证系统供电的可靠性。 每个DPU柜作为一种用电装置，内部还配有直流电源，为所有I/O硬件供电。每组直流电源由二个独立的直流电源组成，它们可接受二路220V AC，产生二路独立的直流电源输出。每个I/O卡件接受二路独立的直流电源，并自动选择其中的一路作为工作电源，另一路作为备用电源，并可实现无扰切换。 （4）高通讯率、高精度 除了前述的冗余100Mbps高速数据公路、30ms控制器切换时间及系统周期、高分辨率显示器、快速操作指令响应和反馈及高精度模拟量处理外，系统还有以下特点： 所有控制和保护回路的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有控制和保护回路的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次，事故顺序输入信号的分辨率小于1ms。为满足某些需要快速处理的控制回路要求，模拟量输入信号可达到每秒扫描8次，数字量输入信号达到每秒扫描20次。 模拟量的处理器模件完成所有指定任务的最大执行周期不超过250ms，开关量控制器执行周期不超过100ms。 对需快速处理的模拟和顺序控制回路，其处理能力分别为每125ms和50ms执行一次。 在空分设备稳定或扰动的工况（包括事故工况）下，数据总线的通讯速率能保证运行人员发出任何指令均能在1秒或更短的时间里被执行。 （5）良好的升级及扩展性 系统设计为能由一般的技术人员来完成系统的组态及编程，而不需要具备特定的机器语言或编程知识； 系统提供一套完整的程序软件包，包括实时操作系统程序、应用程序及性能计算程序； 所有的算法和系统整定参数贮存在各处理器模件非易失性存储器内，执行时不需重新装载； 顺序控制逻辑采用熟悉的、类似于继电器型式的功能符号，以逻辑图或梯形图格式方便地进行组态。 提供高级编程语言以满足开发应用软件及系统升级的需要。 2、工程概况 无锡锡兴钢铁公司制氧分厂5400m3/h制氧机原为德国进口的4500m3/h制氧机。此次经杭氧进行设备和工艺改造，采用先进的第六代制氧工艺。控制设备采用了中国电力科学院北京电研智深控制技术有限公司的EDPF-NT分散控制。该系统已于2001年9月投产，至今稳定可靠地运行，全部实现了数据采集、模拟量控制和开关量逻辑控制及连锁保护等功能，实现了系统的生产自动化，保证了制氧机的运行可靠性。 2.1主要控制设备 系统提供操作站兼历史站OPR共1套，对应站号100；工程师站ENG1套，对应战号110；配有一台打印机。现场的信号参数进入DPU机柜，再由主机进行处理，然后通过网络系统至操作站及工程师站进行显示、报警、记录、打印，另外至历史站、制表站进行历史数据存储、制表打印。系统的结构见图1 2.2系统功能 采用EDPF-NT系统,可以实现以下功能： 1） 非常直观、友好的窗口式人机界面，保证正常的生产控制 2） 根据系统设计和运行人员指令实现变工况控制 3） 在中央控制室内实现对机组流程的监视和遥控、机组的自动启停。当自动控制系统故障时，系统能自动切换到手动方式。 4） 实现机组在异常工况下的报警、连锁和保护，直至紧急停机 5） 记录各种工艺参数并存储在硬盘上，10000点数据按1秒记录1次可达31天。完成机组运行参数的制表、打印。 6） 对机组运行参数进行运算分析，实现机组优化运行，指导机组经济运行，增产、节能、降耗。 7） 良好的系统可扩展性能，便于系统的扩展。简单方便的编程工具，便于用户修改和生成新的控制策略。 通过通讯接口，将数据传送到全厂或集团MIS网。形成全厂一体化管理。 3、控制系统的改进 为了减少分子筛纯化器的切换过程中对氧、氩生产工况的影响，在DCS控制工程中采取了以下的改进措施： 3.1采用模块化思路。在分子筛纯化器系统控制的逻辑设计上采用模块化思路，以面向对象的思路抽象出逻辑步序的共同特征，建立标准顺控逻辑，以保证逻辑设计的可靠性。在分子筛纯化器运行的过程中，包括吸附、切换、降压、解吸、充压，每一个逻辑步序，操作人员都可以暂停、继续；也可以手动直接跳过该步序；或延长或缩短任意步序的等待时间。同时，运行人员可以在操作画面上监视每一步序的执行过程，这样使分子筛纯化系统的调节更灵活更精确。 3.2采用变参数控制。在分子筛纯化器处于不同工作阶段，污氮流量和压力参数的差别较大，采用变参数控制，有效地降低了压力、流量的波动幅度。 3.3采用超驰控制。在2个净化器的周期性切换过程中，会引起污氮压力的剧烈波动，影响氩气纯度。采用对污氮放空阀的超弛控制。即大约在切换开始前20秒左右提前打开污氮放空阀，保证切换时压力不会发生剧烈波动,减少了切换过程中对系统的干扰。图3表示了阀门开度变化情况。 3.4采用变速率开阀。在通常空分的控制系统中，切换阀门都采用定速率开阀，由于容器的容量效应，升压开始速度比较慢，中间上升速率过快，而终了上升速率又过慢。在中间上升速率过快时，对氩塔的压力影响较大，采用变速率开阀，有效地减小了精馏塔的压力波动，从而稳定了氩的生产，同时缩短了阀门切换的时间。 4、小结：锡兴钢铁公司5400m3/H制氧机从2001年9月开始一直高产优化地运行。实践证明：EDPF-NT控制系统的控制水平可与国外同类DCS系统相媲美，得到了用户充分地肯定。国产的EDPF-NT具有非常良好的性能价格比，系统的费用约为同类进口系统的50%以下，运行维护费用约十分之一，不过在考虑到服务维护及备品备件的本地化，中文界面和中文文档资料使用方便性等因素，较之国外DCS将具有更大的优势，目前北京科技大学正研究开发制氧机优化控制及变负荷软件以便使该DCS控制进一步升级。