EPKS系統在馬鋼煤焦化公司凈化二系統中的應用

張良橋

（馬鋼股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

馬鋼煤焦化公司凈化二系統由煤氣冷凝鼓風、除硫、脫萘、脫氰、脫氨、脫苯、制冷、等工序組成。DCS控制系統擔負著整個生產過程的監視和控制工作。原控制系統分為回收、鼓冷兩部分?；厥障到y為 1992年投用的 HONEYWELL TDC-3000DCS系統，配置兩個控制站，4臺US操作站。鼓冷系統為1995年投用的浙大中控JX-300B DCS系統,配置兩臺控制站，兩臺操作站。兩套系統因運行時間長，生產現場環境惡劣，系統腐蝕嚴重，故障頻發，給維護和生產帶來嚴重影響，不利于公司安全穩定長期生產?；厥障到y兩臺US損壞，因廠家停產，且無替代產品恢復，剩下兩臺US站不能滿足生產需求。

2010年 10月份，馬鋼自動化部和煤焦化公司設備保障部相關儀表技術員、點檢員在工藝人員的配合下完成凈化二系統 DCS控制系統的升級改造，將回收系統和鼓冷系統合二為一，同時在 DCS系統上實現兩臺克勞斯爐、兩臺氨分解爐、4臺煤氣鼓風機等重點設備的報警控制連鎖，回收系統更換下來的I/O卡件作為該公司新區凈化系統的生產備件，節省備件費用80萬元;鼓冷系統更換下來的I/O卡件作為本公司其它相同系統備件,節省備件費用15萬元；組態、編程、調試工作全部由本公司技術人員完成，節省外聘編程費用150萬元。

此次系統升級選用Honeywell過程知識系統（Experion PKS）R311.2版本，EPKS 系統是 Honeywell公司最近推出的新一代控制系統,具有傳統DCS控制系統的優點,同時結合霍尼韋爾三十年來在過程控制、資產管理、行業知識等方面積累的經驗,，構成了一個統一的過程知識系統的體系結構。EPKS系統基 于 Windows 2003的服務器,利用高速動態緩存區采集實時數據,提供報警、過程顯示、PID調節、歷史數據采集、趨勢組、操作組、報表報告等基礎服務功能，同時推出 Profit Loop模型預估控制器專利算法、HMIWeb工業標準繪圖工具、FTE容錯以太網絡，CEE實時組態平臺、控制防火墻等創 新技術。

本文介紹此次系統升級中 PKS系統的應用并著重介紹改造過程中克勞斯爐聯鎖、氨分解爐聯鎖、煤氣鼓風機聯鎖、電捕聯鎖等具體問題的分析解決過程。

2 系統硬件配置部分

本套系統中計有 AI 627點,其中冗余配置74點；AO 235點，冗余55點；DI 954點、DO 369點、TC 21點、RTD 303點,煤氣、溶劑、粗苯區域測點全部通過 P+F安全柵與現場表連接，實現本安隔離。

系統硬件設施

(1)控制柜 4個 回收系統和鼓冷系統各配置兩個控制柜，每個控制柜分別安裝一對冗余C300控制器、一對冗余防火墻、若干I/O卡件。

(2)配電柜2個 分別安裝電源分配器、空氣開關。

(3)安全柵及繼電器柜 分別安裝安全柵、DO繼電器。

(4)網絡通訊柜 2個 安裝CISCO交換機及MODBUS接口服務器。

(5)EPKS服務器一對（2臺）采用DELL PowerEdge T610。

(6)FLEX操作站 6臺，CONSOLE操作站2臺實現生產監控及報表打印。

(7)PHD服務器一臺 為本公司信息管理系統提供生產數據。

圖1為本套EPKS系統配置圖。

3 控制策略組態及問題處理

系統全部下位機組態工作在 Control Builder環境完成，首先完成測點的數據采集、量程轉換、數據顯示、報警控制、歷史數據采集、趨勢控制等基本組態；接著完成1系克勞斯爐、2系克勞斯爐、1系氨分解爐、2系氨分解爐聯鎖程序及4臺煤氣鼓風機聯鎖程序、電捕聯鎖程序的編制；考慮到Profit Loop模型預估控制器回路具備的強大自適應能力，為提高各個生產回路的控制質量，回路組態全部使用Profit Loop模型。

下面是改造過程中遇到并解決的實際問題：

（1）EPKS中趨勢組態有兩種方法

一是在CONTROL BUILDER中組態CM點時，在SERVER DISPLAYS標簽頁中指定；二是在STATION的TRAND界面中指定。在仿真器的模擬調試過程中發現，若在CONTROL BUILDER中未組態趨勢，在STATION中組態后，能正常顯示，但CM點若重新下載，則STATION中組態趨勢點會消失，若兩處都組態同一測點的趨勢，則趨勢不能正常顯示。考慮到這一點，在系統正式組態調試前，規劃好趨勢組，在CONTROL BUILDER統一組態，解決了趨勢顯示混亂問題。

（2）聯鎖程序的編制

為了節省CM點的使用數目，通常一個聯鎖程序作為一個CM點編寫，CM點中用的是功能塊圖，直觀性很強，但PKS功能塊在組態畫面上顯示較大，功能塊間用線連接，規劃得稍有問題，則畫面就非常凌亂，可讀性非常差，不便于調試和維護。為解決這個問題，我是先根據功能要求，在AUTOCAD上按照PKS風格畫出草圖，再在CONTROL BUILDER中按草圖編制程序，極大地提高了程序的可讀性。

（3）煤氣鼓風機聯鎖

煤氣鼓風機因油壓、溫度等原因發生聯鎖后，聯鎖信號輸出，需將聯鎖信號鎖死，待相關人員處理好聯鎖條件信號后，操作工按復位按鈕，解除聯鎖信號，重新啟動風機。鎖死聯鎖信號用S-R觸發器實現，按鈕在上位機的HMI Web中模擬，將按鈕引用聯鎖程序中FLAG塊輸出引腳PVFL即可實現。為防止操作人員工作疏忽，按下按鈕復位后忘記回零，失去了鎖死聯鎖信號輸出的保護作用。與工藝人員討論后，在復位按鈕上加一個自動回零功能，用脈沖功能塊PULSE實現。具體做法是：顯示出FLAG引腳的IN引腳和OUT引腳，其參數均為PVFL，將FLAG的OUT引腳連到PULSE的IN引腳上，PULSE的OUT引腳一路連到S-R觸發器的R引腳，作為S-R觸發器的復位輸入，另一路引到FLAG IN引腳PVFL，則PULSE模塊在3s時間后輸出為0時，將0賦值給FLAG，實現按鈕的自動置0，程序組態如圖2所示。

圖2 程序組態圖

這里需要注意，在一個CM點中，模塊的執行順序是按照模塊的ORDERINCM參數（在CM里的順序）來確定的，考慮到FLAG模塊需由PULSE模塊賦值復位，故FLAG需在PULSE模塊后執行，則其ORDERINCM參數應大于PULSE模塊的ORDERINCM參數，在程序中，將PULSE的ORDERINCM參數設為 580，FLAG的 ORDERINCM參數設為590，調試后完全符合要求。

4 系統調試

此次控制系統改造包含兩部分，一方面是DCS系統改造，另一方面是部分現場儀表和控制電纜的更新?？紤]到生產的連續性和現場的管理，儀表技術人員在仿真系統上將所有程序多次調試，考慮各種細節，確定無誤后，儀表相關人員與生產工藝人員密切配合，科學制定倒點計劃。首先確定需要更換儀表、電纜的測點，為達到節省時間和把對生產的影響降到最低限度的目的，先將第二天需要更換的電纜敷設到位，第二天將現場儀表電纜接好后，在電子室測量送來的信號的電流電壓等級無誤，再接上卡件端子，在操作站流程圖畫面上查看測點顯示是否正常，正常后，按計劃倒換別的測點；所有電纜更換完畢，再按計劃依次更換現場儀表。

對于不需更換儀表和電纜的測點，則按生產工序依次倒點，盡量避免影響生產。

在系統調試過程中也遇到了不少問題，并逐個解決，主要有以下幾點：

(1)本系統中AI信號安全柵采用菲尼克斯KFD2-STC4-EX1安全柵，在調試配電測點時不存在問題；在調試不配電測點（如1系含氧值）時，按照C系列卡件接法，應正端接TB3，副端接TB1，操作站上無顯示，測量現場信號正常，后經過測試，卡件端按照配電接法，安全柵接5.6端子，顯示正常。

(2)控制回路的調試是DCS系統中一個重點和難點，主要工作在 PID參數的設定，調試進度緩慢，通過查詢KNOWLEDGE BUILDER，發現PID模塊中內置的公式 A與原 TPS的 PID計算公式一樣，于是工藝條件不變的 PID按原 TPS系統設置，略作微調就可以穩定投自動，根據穩定運行狀態下PID參數生成Profit Loop模型，下載后運行正常。

(3)聯鎖回路的調試，本套系統中聯鎖回路有27個，其中最重要的有2座克勞斯爐聯鎖、2座氨分解爐聯鎖、4臺煤氣鼓風機聯鎖。因為聯鎖程序直接關系到重點設備的安全穩定運行，且聯鎖回路都是串聯在電氣回路中的，必須做到準確無誤。因此，在保證程序模擬調試正確的情況下，需要與現場設備脫開后看端子柜與電氣柜的繼電器動作來判斷聯鎖輸出是否正確，并用萬用表進行檢測，在校驗過程中特別注意電氣設備是需要常開觸點還是常閉觸點。

(4)在系統投入運行后，操作人員反映廢熱鍋爐液位和主煤氣壓力較易出現故障，因為其參與克勞斯爐和氨分解爐聯鎖，操作人員希望能將其切換至手動后人工置值，待故障排除后再切換至自動，這樣不至于在排除故障時設備聯鎖保護產生誤動作。

考慮到系統已經投入使用，不能在CONTROL BUILDER中修改程序，只有在流程圖畫面中想辦法。我做出了一個與下圖類似的彈出面板（以1系克勞斯爐煤氣壓力為例）， 設置2個組合框，和一個文字標簽，兩個組合框分別對應1系克勞斯爐煤氣壓力測點的信號來源模式和測點的PV值，文本標簽對應測點的PVRAW,顯示測點的實際信息，根據實際信息轉換成ON或OFF顯示，方便直觀判斷故障是否排除。

5 結束語

凈化二系統DCS系統的升級改造，是我公司完全由本廠職工完成的第一個較大的DCS系統改造工程。從編程、調試到投用我們只用了四個月的時間，這主要歸功于前期準備工作的完善，嚴格科學的施工組織計劃，電儀、機械、工藝各專業的有力配合，更重要的是施工過程中一絲不茍的認真態度，沒有重復施工與反復糾錯，這是 DCS系統最短時間升級改造成功的關鍵?，F在，這套系統正常運行了8個月，為生產提供了有力保證。此次改造節約外聘人員編程組態費150萬元，大大提高了控制系統的平均無故障運行時間和自動控制率，減輕了職工的勞動強度，為人力資源優化提供了條件；鍛煉了本公司職工隊伍，為系統今后更好的維護奠定扎實基礎，更是積累了豐富的寶貴經驗。