充分利用DCS功能，提升預警能力

常山民，孫曉光，曾軍年，邱霞，殷愛軍

（新疆烏魯木齊石化分公司 化肥廠儀表車間，烏魯木齊 830019 ）

引言

中國石油天然氣集團公司烏魯木齊石化分公司化肥廠有4套主要生產裝置，總計年產合成氨75萬t、尿素130萬t，為全國最大的氮肥生產基地之一；其中第一合成氨裝置建成于1985年，設計能力為日產合成氨1000 t，年產合成氨30萬t。裝置包括空氣分離（4111）、氣化（4112）、碳黑回收（4113）、一氧化碳變換（4114）、酸性氣體脫除（4115）、液氮洗（4116）、氨合成（4117）、氨冷凍及儲存（4118）等8個主要工段。

2008～2010年，一合成裝置實施了原料油改氣及擴能增產50%的改造，主要包括新建20000Nm3/h的空分裝置，兩套氣化系統（包括天然氣壓縮、3套氣化原料氣脫硫）油改氣改造，新建CO變換（中、低變）、原有CO變換更換催化劑，新建MDEA脫碳，新建甲烷化，原有低溫甲醇洗系統改造，改造氨合成系統（包括合成氣壓縮機、合成塔及換熱系統）。全裝置于2010年改造完成，并于2010年10月打通全流程，轉入正常生產。生產能力達到日產合成氨1500 t，年產合成氨45萬t。

1 背景

烏魯木齊石化公司化肥廠一化裝置采用了日本橫河公司CENTUM-CS3000系統 ，該系統由兩個域構成，所有操作站通過雙冗余V-NET網與控制站連接，實現控制信息的讀取與傳遞；工程師站與操作站之間通過E網連接，實現信息的傳遞，CS3000系統實現的功能有：通過功能模塊實現工藝過程復雜控制，通過順控表實現空分等裝置的程序控置；通過MODBUS實現與ESD系統的數據通訊，系統具有事件記錄功能可打印歷史趨勢和過程報告，分析事故事件。該系統功能強大，組態靈活，應用方便，便于控制功能的實現。

2013年3月，因為一塊儀表伴熱凍，從而造成儀表指示一直畫直線，工藝操作時未發現該表故障，打開放空閥泄壓過大，造成停車。儀表凍結造成的指示畫直線屬于外部原因，儀表本身和DCS系統不能檢測到，所以不能產生報警提示。儀表車間計劃利用”李華山工作室”的優勢資源，在DCS上開發出對儀表的指示畫直線進行預判，并及時發出報警信息的功能，提醒工藝操作人員及時判斷、及時處理，大大減少因儀表故障而造成的停車。

2 方案

判斷儀表指示是否畫直線，就需要對儀表的指示進行采樣，當一段時間內的采樣值都一樣時就認為儀表有凍凝的可能性，報警提示工藝人員。所以制定2種通過采樣判斷儀表畫直線的方法：

方案一：CS3000有一個數值批量數據采集塊BDA-L可以同時處理16個數據，在一個掃描周期內同時監視16塊儀表，這樣可以比較本周期內的儀表的測量值與前一次的測量值是否一致，從而做出判斷該。當本周期內的儀表測量值等于前一周期的測量值時，立刻發出最新的報警信息，及時提醒工藝人員確認儀表的指示，并作出相應的判斷。

具體實施方法是，由工藝技術員提供各工段的儀表位號，儀表按照DCS的控制站分類進行實施。下面以控制站FCS0103為例說明：

需要監控的位號：4113-PIA-3 /4113-PIA-4/4113-LIA-8/4114-TIA-15/ 4114-LIA-3/ 4113-FIA-6 /4114-LIA-2 7塊儀表。首先在FCS0103控制站組態圖DR0046，增加數值批量數據采集塊BDA-L、13BDA001及13BDA002、13RL010、聯鎖塊13LC001。其中13BDA001及13BDA002均為數值批量數據采集塊可以同時監控16通道，見圖1。

圖1 批量數據采集塊組態畫面Fig.1 Bulk data collection configuration screen

13RL010是RL功能塊，是將為了13BDA001的J01~J16通道數據和13BDA002的J01~J16通道數據做比較用,見圖2、圖3。

圖2 比較塊組態畫面Fig.2 Compares configuration screen

圖3 比較快調整畫面Fig.3 Adjusting the picture

13LC001是LC64功能塊，用來實現數據按周期采樣和比較后產生報警邏輯。假如當13RL010功能塊中9個通道成立，即13BDA001通道1的數值等于13BDA002通道1的數值時13LC001就發出一條報警信息AN001表示4113-PIA-3數據沒有變化。其他報警信息類推即可見圖4。當該功能塊中有任何一個條件成立時，均可發出相應的報警信息。

圖4 LC64邏輯圖組態畫面Fig.4 LC64 logic configuration screen

方案二：CS3000系統的SFC功能塊是在CPU空閑時間運行的，不影響控制系統的負荷。并且它是利用SEBOL語言編輯的，類似于C語言，有很大的靈活性，利用它可以編制自己需要的功能。本文利用SFC塊編輯一個功能，對需要的儀表每隔一段時間采集一個數據（RAW值），共采集3個，然后用當前值分別去與前面的值比較，當偏差的絕對值都小于某個值時，認為此表凍結，出報警信息。程序分為三部分，第一部分是初始化，分配和定義參數，第二部分是數據采集，根據定義的時間間隔采集數據，第三部分是數據的運算，將當前儀表指示與前面的采樣值進行相減，當其中有一個相減的值大于偏差設定值就認為此表沒有凍結，反之就會觸發報警塊產生報警，采樣間隔和偏差值都可以自由設定。

圖5 SFC塊調整畫面Fig.5 SFC block adjustment screen

圖6 SFC塊邏輯畫面Fig.6 SFC logic pictures

3 方案比較及實施

將上述2個方案對比會發現方案二優于方案一，首先方案二是利用采樣3個值和當前值共4個值的指示來判斷儀表的畫直線，而方案一只是利用2次采樣值比較來判斷，容易出現誤判的現象；第二方案的采樣塊及邏輯塊都需要占用CS3000系統的負荷，而方案二的SFC塊是在系統空閑時間運行的，完全不影響系統的負荷；第三采樣塊采集數據時保留的小數位很多并且無法設置，所以在邏輯塊中比較時相等條件基本達不到，就不能及時儀表畫直線發現問題報警。

按照方案二目前一合成已有41塊儀表完成變化率的報警的監控。當儀表指示不變化時立刻發出報警信息，及時提醒工藝操作人員，作出相應的判斷，有力的減少因儀表故障停車的事故，同時減輕工藝監屏。

圖7 SFC塊組態畫面Fig.7 SFC configuration screen

圖8 報警流程圖畫面Fig.8 Flow chart of warning screen

4 總結

橫河公司的CENTUM—CS3000系統.一直都平穩可靠，而且它的功能強大、應用范圍廣、用戶操作界面友好，深受工藝操作人員及儀表維護人員的好評，是烏魯木齊公司化肥廠的主流 DCS系統。因此如何合理使用CENTUM—CS3000系統對系統進行有效組態，是保障故障率和誤操作減少的重要途徑。另外此項目不需現場及中控增加任何費用、充分利用CS3000的功能，就完全能實現畫直線儀表實時、在線的監控報警，保障了裝置的平穩運行。

[1]CS3000系統參考手冊[Z].