霍尼韋爾的Experion PKS在中控的應用及改造

馬兆鋒，孔維華，劉樂利，劉望軍

（兗礦魯南化工有限公司，山東滕州 277527）

1 項目概況

我公司所用多噴嘴對置式新型水煤漿氣化技術屬于國家 “十五”期間 “863”課題，是由兗礦集團和華東理工大學聯合開發的，具有我國自主知識產權的第一套千噸級氣化裝置。該氣化爐的比氧耗、比煤耗、合成氣有效氣體成分、碳轉化率、灰渣可燃物含量均優于國外引進的先進技術。可以說，該氣化技術是世界上最先進的氣流床煤氣化技術之一。

該項目自動控制部分由Honeywell公司的Experion PKS系統和GE公司的GMR緊急停車系統組成，其中，GMR系統主要負責氣化爐的開停車邏輯管理；PKS系統負責其余的煤漿氣化，氣體洗滌，渣水處理，氣體凈化，甲醇合成等工藝生產的自動控制。中央控制室Honeywell PKS系統的控制器為C200（3對），軟件版本為Expression R500。現場兩大生產系統的儀控測點及回路通過端子接入I／O卡件，由總線接入控制器，再由控制器與上位機進行通訊。

2 Experion PKS系統運行狀況

通過3a的運行分析，以及對氣化、甲醇兩個生產系統的掌握，在對中央控制室DCS實際運行情況進行統計以后，我們發現DCS平均運行周期為64d，不能滿足生產系統的實際需求。通過前期設計施工與開車以來的技改技措與維護工作，和在DCS控制工程方面磨練出了熟練的技術和豐富的經驗，決定對中央控制室DCS進行技術改造，以延長其運行周期。

3 缺陷原因分析

中央控制室由儀表車間儀控五班負責維護，班組人員均經過相應的上崗培訓，基本能勝任工作，不存在操作人員能力不足的缺陷，而且要求認真巡檢。按照班組詳細的巡檢量化指標，已制定的文件有 《計算機維修規范》、《DCS組態修改規程》、《DCS應急預案》等，并在實際工作中逐項進行了落實，所以不存在人為的因素。巡檢過程中，根據 《DCS控制室運行及維護規范》，控制室內溫度為（20±5）℃，濕度為（40± 5）%；符合工作要求。根據工業過程測量和控制裝置的電磁兼容系列規范（GB／T 13926.1—92、GB／T 13926.2—92、GB／T 13926.3—92、GB／T 13926.4—92）以及抗干擾標準（IEC61000－4－2、IEC61000－4－3、IEC61000－4－4、IEC61000－4－5），結合中央控制室的實際情況，小組成員主要從靜電放電測試、電快速瞬變測試、浪涌敏感度測試三個方面開展了驗證活動。機柜由自控產品廠家提供，采用鋼結構外殼并噴漆，出廠前經過了嚴格的電磁性能測試，符合EMC、EMI等行業標準。控制室鋪設防靜電地板，對其他可能的干擾源進行了隔離，機柜附近不存在電磁干擾。根據SH／T3081－2003《石油化工儀表接地設計規范》對控制室接地情況進行測試，接地電阻≤5Ω，接地符合要求，工作環境也符合要求。最后，我們咨詢了上海霍尼韋爾廠家，他們對我們的系統進行了分析，一是中央控制室采用了Honeywell PKS系統的控制器——C200（3對），軟件版本為Expression R500，雖然R500已十分成熟，但是運行過程中我們發現其在很多自動化控制方面的缺陷，在自整定、自控性、容錯性上都存在缺陷，控制器軟件相對Expression PKS R201版本低——利用大修時間進行系統軟件版本升級。二是兩大系統混用控制器，要求氣化爐A／B、甲醇凈化／合成各由一對控制器控制，氣化、甲醇各設一對獨立的服務器以互不影響。三是操作站通訊網絡無容錯能力，建議增加一塊INTEL PRO千兆網卡，完善通訊網絡拓撲結構，形成雙冗余網絡。

因操作員站僅通過一條網線與服務器進行通訊，直接導致了操作員站讀取實時數據失敗，類似事件發生過多次，嚴重影響了對生產系統的實時控制。故障事件列舉如表1。

表1 網絡故障表

4 方案實施

措施1 控制器軟件版本升級

（1）原有系統數據備份；

（2）檢查并測試當前版本R500的各種功能；

（3）安裝自控商提供的升級程序；

（4）確認系統軟件版本已升級為R201；

（5）測試各項功能，版本升級完成。

控制器軟件版本升級后，其功能如表2所示。

表2 升級前后系統功能

措施2 控制器、服務器分離（表3）。

表3 控制器、服務器分離實施步驟

控制器、服務器分離后，其效果見表4。

措施3 完善通訊網絡結構

實施步驟 服務器1、操作站增加一塊INTEL PRO千兆網卡，同時增加一個集線器，并編寫腳本實現網絡自動切換。實施前后服務器的照片如圖1，通訊網絡的對比見圖2。

實施后，小組成員進行了效果檢查，見表5。而DCS長周期運行的平均天數達到了189d（實施后的6個月時間內）。

表4 控制器、服務器分離前后效果簡況

圖1 網卡安裝前后的對比

圖2 通訊網絡的對比示意圖

表5 通訊網絡完善前后網絡情況

5 結 語

中央控制室采用的Honeywell PKS系統，可實現高速緩存區的實時動態數據存取、報警／事件管理、報表報告生成等功能。控制組態軟件Control Builder為生成控制策略提供全套控制算法庫。流程圖組態軟件Display Builder用于創建基于HTML格式的操作員圖形界面。知識庫軟件Knowledge Builder提供基于HTML格式的在線幫助。

混合過程控制器的主要部件是控制處理器模件（CPM），包括機架、控制網絡通訊模件、控制處理器模件和可選的冗余模件等。CPM適用于廣泛的工業領域，包括連續過程、批量過程、開關量運算以及機械設備控制等各類型的控制。對于要求將調節控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應用一體化的集成應用，CPM是最理想的控制器。控制功能由控制算法庫提供，控制算法庫由稱為功能（FunctionBlocks）的大量運算模板構成。先進的圖形化的控制組態工具Control Builder，使得控制策略的生成和組態極其方便。Control Builder不僅應用于組態控制策略，還可以將組態好的控制策略下裝至控制器以及進行在線監控和在線修改。

混合過程控制器支持控制網絡ControlNet的互操作性，可以和llen－Bradley公司的PLC－5／C，Logix 555x，以及其他ControlNet設備經由ControlNet進行通訊。這樣，完整地集成了高速邏輯控制和過程控制。

［1］林德杰.過程控制儀表及控制系統 ［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］周杏鵬.現代檢測技術 （第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2004.

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