CS3000控制系統聯網應用

許海梅,張明星

(克拉瑪依石化公司,新疆克拉瑪依 834003)

0 引 言

克拉瑪依石化公司催化重整裝置于2000年建成投產。2006年為了提高催化重整裝置生產的汽油品質,公司新建了苯抽提裝置,兩套系統均采用CS3000集散控制系統。由于兩套裝置操作關聯密切,加上操作人員緊張,設計要求DCS能共享數據,由于催化重整裝置建成投產較早, DCS操作站和工程師站的各項配置比較低,為了實現對控制的更高要求,需對操作站和工程師站硬件、軟件升級,實現兩套裝置的聯網合并。催化重整裝置DCS的一切設備原位不動,新建苯抽提裝置的機柜室建在催化重整裝置附近,從催化重整裝置現有的操作室對兩套裝置進行集中監控。

1 系統組成簡介

DCS的核心結構主要由計算機網絡、I/O控制站(FCS)、操作站和工程師站構成。

1.1 FCS結構

根據各工藝單元的輸入/輸出點數及控制方案的復雜程度,催化重整裝置和苯抽提裝置的兩套控制站所控制的點數多少雖不同,控制方案也不盡相同,但控制站的基本結構和原理是相同的,主要構成有現場控制單元(FCU)、節點(Node)及各級總線。控制站中的處理器、電源和包括通信總線的I/O模塊都為冗余配置,可以保障計算機結果的可靠性。

現場控制單元使用“Pair&Spare(成對熱備)”的CPU排列來實現降低發生破壞結果的瞬間錯誤的可能性。互為冗余的卡件之間高速交換數據,使工作/備用卡件運行狀態同步:當某一個卡件出現異常時,可以實現自動無擾切換功能,維護人員可通過卡件上的工作指示燈或上位機上的系統故障診斷畫面清楚地判斷問題所在。該水平的冗余使CS3000系統不僅能保證優異的可用性,而且保證了生產要求的可靠性。

1.2 操作站/工程師站結構

工程師站及操作站(HIS)主機均采用高可靠性的工業級 PC機,操作系統采用 Windows XP SP2,配有專用工業鍵盤及液晶顯示器,PC機配有VI-701通信接口卡,該卡具有冗余的通信接口,使PC機連接到Vnet/IP網絡上。

工程師站。配有CS3000系統開發軟件及實時監控軟件。可進行控制系統硬件構建、系統組態、邏輯功能圖的設計、工藝流程圖的繪制及圖形特性的定義、趨勢圖的顯示與定義。系統管理功能:程序調度、批處理的控制設定、安全級別的定義、報表管理等都在工程師站完成。

操作員站。完成生產過程的工藝參數監視、操作及控制,系統能夠將所出現的各種報警信息進行收集、管理,由操作人員隨時查看、調用。

兩套裝置共用1臺工程師站,6臺操作站。

1.3 網絡結構

為實現系統的可靠性、實時性和開放性, CS3000系統均采用雙層冗余網絡結構。

a)催化重整裝置采用控制總線Vnet網和以太網(Ethernet)。Vnet網主要實現控制器之間和控制器與操作站之間的通信。Vnet網相對于Ethernet網是一個非開放性的網絡,以確保DCS控制器不受工廠網絡病毒侵襲,從而達到系統安全可靠目的。Ethernet網主要實現操作站之間的通信和操作站與上位機之間的通信。

b)苯抽提裝置采用橫河公司研究的新一代工業控制網絡——冗余的1G網速(Vnet/IP)網絡結構。

1)該網絡保持原雙層網的可靠性特點。確保DCS控制器不受工廠以太網病毒侵襲,以保持操作站互為備用的優點。

2)提高系統的實時性能。網絡通信速度從10 Mbit/s提高到1 Gbit/s,實時性能更佳。

3)系統更具有開放性。系統采用了冗余的兩個1G高速網絡結構,同時又具有TCP/IP以太網協議。具有以太網協議的第三方產品可以容易地掛接到DCS控制網并進行通信。

為了更好地實現DCS開放性的要求,同時又能保持DCS可靠性和實時性的優點,催化重整和苯抽提裝置的聯網部分也采用Vnet/IP網絡結構。

Vnet/IP網絡結合了Ethernet的通用通信功能以及原Vnet控制網絡功能,從而保持了速度和可靠性方面的出色性能。

1.4 總線轉換器結構

為實現項目合并,需在催化重整和苯抽提裝置通信設備中增加總線轉換器,苯抽提裝置的通信介質為雙絞線,催化重整裝置的通信介質是同軸電纜,為實現兩套裝置網絡系統整合,將催化重整裝置控制器中的同軸電纜通過總線轉換器轉換成雙絞線與Vnet/IP網絡進行連接,兩臺總線轉換器互為冗余。總線轉換器用于進行不同域的通信連接,安裝在催化重整裝置控制室內。

2 系統并網軟件實施過程

系統除具備對生產過程的監視和控制功能外,數據處理和網絡通信的功能更加強大。考慮到遠期增加設備的需要,自控設備、通信網絡和上位管理系統擁有擴展的能力。CS3000組態主要包括系統COMMON,HIS,FCS組態等。

2.1 FCS組態

FCS組態主要包括FCS硬件組成、I/O卡件分配、控制回路圖的設計等。控制回路圖是根據工藝生產要求設計相應的控制方案,將現場信號分配給I/O卡件,進行數據的處理和傳輸,完成控制方案的功能塊的連接,達到控制目的,符合工藝生產要求。

將催化重整和苯抽提裝置項目進行整合,其中催化重整控制站為 FCS0101,苯抽提控制站為FCS0201,操作站由 HIS0264排列到 HIS0258, HIS0264為工程師站完成對系統的組態。催化重整和苯抽提裝置組態參數和流程圖由工程師站HIS0264修改后,下裝到控制器,并一一傳送到各個操作站。

2.2 總線轉換器組態

首先新建總線轉換器節點,設置總線轉換器型號,并設置Vnet/IP網絡相應的域名和站號,同時選擇“Constant”設置催化重整裝置Vnet網絡的域名和站號,將總線轉換器上電,并進行“Offline download to BCV”操作即可。

3 網絡設計及實施

根據設計要求,操作站集中放置在催化重整中心控制操作室,催化重整裝置控制站及機柜在原機柜室,苯抽提裝置控制站及機柜放在新建的苯抽提機柜室。由于雙絞線傳輸距離超過100 m就無法保證傳輸的信號質量,催化重整和苯抽提機柜室相距將近300 m,超出雙絞線的傳輸能力,為保證信號傳輸速率和質量,同時為了節約成本,兩個機柜室之間采用光纜進行連接。在苯抽提和催化重整裝置的主控柜里各安裝4個光纖收發器和2個光纖終端盒,用于光信號和電信號之間的轉換。網絡結構如圖1所示。

圖1 并網后的網絡結構

4 網絡測試與下裝

當硬件及組態準備就緒后,在工程師站、各操作站進行IP地址的設置,使用開始程序中“運行”命令同各FCS,總線轉換器及各個操作站進行聯網測試。測試成功后,將項目組態下裝到相應控制站,并傳送到各個操作站。

5 并網后系統的特點

a)多冗余配置。控制站的電源、主控制卡、數據轉發卡和重要的模擬量卡件按冗余配置,保證了系統安全性和可靠性。

b)高速、可靠的通信網絡系統。CS3000采用Vnet/IP控制總線,該控制總線速度可高達1 Gbit/s,滿足了煉油化工行業對實時性和大規模數據通信的要求。在保證可靠性的同時,又可以與開放的網絡設備直接相連,使系統結構更加簡單。

c)系統的易擴展性。在系統允許的情況下增加控制站、操作站及I/O卡件,只須在工程師站上添加節點。系統最大配置為64站(包括控制站、操作站和總線轉換器),其中操作站最多可擴展16個。CS3000系統還具有構造大型實時過程信息網的拓撲結構,可以構成多工段、多集控單元,易于實現全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統。

d)與既有系統的兼容性。CS3000系統與橫河以往的系統可通過總線轉換單元,方便地連接在一起,實現對既有系統的監視和操作。

6 結束語

催化重整和苯抽提裝置使用最新的網絡設備和網絡技術進行并網,首次應用于同一項目的兩個裝置,在國內也具有領先水平。在3年多的運行中,由總線轉換器連接通信的兩套裝置表現出了運行穩定可靠,采集傳送數據真實可靠,操作簡單,便于監控等優點。

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