PX吸附單元SCS系統的架構及存儲異常處理案例

藍宇棟

（中海煉化 惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

中海油惠州煉化840000t芳烴聯合裝置自2009年投產，其二甲苯吸附單元是產出附加值較高的對二甲苯（PX）的單元。為了能夠最大限度地產出對二甲苯，引進IFP的Eluxyl工藝包，Eluxyl工藝包基于模擬逆流吸附的概念。

在實際的逆流吸附中，塔中的液體溶劑相逆流循環到固體選擇性吸附劑相。為了模擬固體吸附劑顆粒的循環，要不斷地移動進料、反洗液及解吸劑的注入位置、抽出液和抽余液的抽出位置。因此需要對吸附塔工段的144個開關閥（144個電磁閥點、288個開、關回訊點）和7個高精度調節閥、24個床層旁路調節閥等進行精確的測量與控制，并且對運行部件進行狀態診斷并及時做出響應。

在模擬移動床吸附分離的工程中，比較重要的參數一般有：塔的操作壓力、操作溫度、各區流量、流體狀況、含水量等。而在實際操作中塔的操作溫度和壓力一般控制恒定[1]。

在一個工段上使用了如此數量的開關閥，其日常運行時對整個系統運行的可靠性將提出更高的要求，以確保在一個或多個開關閥故障時不會造成吸附塔憋壓或失壓的事故。因此，吸附塔工段的控制采用AXENS設計建造的順序控制系統（以下簡稱SCS，Sequential Control System），用以控制對二甲苯吸附塔周邊儀表設備運作。

總體來說，SCS系統可以分為監控系統和PLC系統兩部分。

1 監控機系統[2]

由于SCS負責控制Eluxyl單元的操作，因此需要非常高的自由度。其PLC系統是完全冗余的，而監控機系統則是硬件冗余的。

監控機系統由兩臺安騰計算機服務器、3臺PC控制臺和3臺打印機組成。該系統被用于跟蹤Eluxyl單元的各種動態（參數瀏覽、趨勢調用、軟硬件診斷等），并且允許對Eluxyl的順序控制進行組態和調整。

如圖1，安騰計算機服務器（Hewlett Packard制造）以集群組態運行，其允許兩個硬件系統同時運行，當其中一個系統崩潰時，還可以在另一個系統中運行SCS的應用程序。

服務器的操作系統采用HP專利的OpenVMS系統，它以穩定性和可靠性著稱，這對于管理24h不間斷運行的吸附單元來說非常關鍵。

在安騰服務器的擴展機架上還安裝著兩臺冗余交換機、兩臺冗余磁盤陣列控制器（HP Modular SAN Array 1000，簡稱MSA1000）和5個硬盤。其中兩個系統硬盤（互為鏡像）內裝操作系統OpenVMS，兩個用戶硬盤（互為鏡像）內裝SCS應用程序，第5個數據硬盤則用于存儲歷史數據（非冗余）。

圖1 監控機系統的結構Fig.1 The structure of the monitoring system

圖2 PX吸附塔工段的基本結構示意圖Fig.2 Basic structure diagram of the PX adsorption tower section

5個硬盤均由兩個互為冗余的MSA1000控制器管理。

對兩個系統硬盤而言，其內部分區分為兩部分，一個分區負責存儲系統數據，另一個分區內含“quorum”文件，正是這個程序文件使得兩臺計算機組成的集群模式得以順利運行。

如圖2，監控機系統、冗余式PLC、PC拉曼光譜分析儀、DCS/ESD（SIS）系統通過兩個以太網絡互連，一共有4臺思科（Cisco）交換機用來管理這些網絡。

即使監控機系統與PLC系統的數據鏈路臨時中斷，PLC系統也會繼續自動運作，只是這段時間內操作員無法對Eluxyl單元進行操作動作。

2 PLC系統

PLC系統直接連接到現場，專門為對二甲苯吸附塔工段服務，其組態采用西門子制造的分布式I/O的容錯式中央控制器S7-400H。

在Eluxyl吸附塔工段周圍，PLC系統負責讀取過程信息（包括閥位、限位開關狀態、壓力、流量測量等），并負責管理吸附塔周邊的控制器和開關閥的通斷。

圖3 PLC系統的總線結構Fig.3 Bus structure of PLC system

SCS的PLC系統采用冗余式的設計，當系統檢測到PLC出現故障信息，可以在不停止裝置運行的情況下修復故障。兩個中央控制器處于動態協作的狀態，平時由主控制器控制生產過程，當發生故障時，副控制器將會自動接管控制權。

兩個S7-400H中央控制器通過兩塊獨立單元的以太網卡接入以太網。管理員可以通過工程師站上的PCS7程序對PLC內含的AXENS應用程序進行管理。

比如，Eluxyl的吸附塔一共有24個床層，在SCS程序的控制下，有7股液流被注入、抽出、循環。這7股液流在SCS的監控下受7個控制器所控制。由SCS系統的PLC來執行控制，由PLC系統中的4mA～20mA模擬I/O卡件實現對高精度調節閥的控制。

同時，所有的分立式I/O卡件均是冗余設計的，允許維護人員在不擾動關聯的冗余卡件工作的情況下更換故障的卡件。

如圖3，DP主系統是指CPU與分立式I/O元件之間的連接鏈路，它通過PROFIBUS DP[PROFIBUS DP，是一種依照IEC 61784-1：2002 Ed1 CP 3/1標準，并使用DP傳輸協議（DP是德語縮寫，意為“分立式I/O”）的開放式總線系統，來實現CPU與分立式I/O元件的數據交換以及監視PROFIBUS DP的狀態。

PLC系統中，有兩個冗余現場總線網絡（稱為“DP主系統1和2”）。通過PROFIBUS 1和PROFIBUS 2，將兩個主CPU A和B與DP從設備連接起來。

DP從設備是指分立式的I/O元件，內含編譯器等元件，以將現場的各種傳感器或執行器信息通過PROFIBUS DP和CPU通信。對SCS的PLC系統來說，用以監控SCS系統所有重要儀表的DI/DO/AI/AO卡件都被集中安裝在型號為IM153-2的接口模塊與I/O卡件組成的ET-200M導軌上。

即使某個接口模塊IM153-2上的PROFIBUS電纜被拔出，整個鏈路仍可保持導通，不會影響到前、后鏈路上的各個節點，只要該DP從設備的冗余部件還在正常工作，那么就不會影響到SCS的正常運作。

3 軟件系統

SCS的軟件系統由AXENS設計，它支持多系統、多任務環境，分為兩部分。

第一部分加載在PLC系統中，用于進行實時控制，比如將開關閥組從一個床層切換到另一個床層、控制器的實時計算、安全聯鎖系統的觸發、當故障發生時作出快速的響應等。

第二部分加載在監控機系統中，作為人機界面使用。以便于同時顯示多個任務，使得操作員能夠在非常安全的條件下，在不同的操作站上平行處理若干個操作，能夠在線調節順序控制的參數（需要權限）、改變參數設定值、監視單元的詳細信息。

4 SCS監控機系統存儲硬件異常處理

事件概述：

工藝操作員發現操作站PC2和PC3 HMI的數據異常，指令無法發出、執行。經檢查所有PC控制臺均與監控機系統的通訊異常，操作員無法對PLC的運行進行任何干預，吸附塔工段陷入了“全自動”無人監管的境況。

檢查處理：

維護人員將PC1（工程師站）和PC3重啟后，HMI軟件無法啟動，彈出提示“與155.1.1.1”連接不上。而155.1.1.1為SCS監控機系統Itanium 1服務器的IP地址（見圖X），初步懷疑系統網絡中斷或者監控機服務器故障。

但在PC1上使用DECterm命令行窗口遠程登錄OpenVMS系統時，使用PING命令155.1.1.1/155.1.1.3（服務器Itanium 2）時均可以連上Itanium 1和Itanium 2，這說明交換機網絡和主機網絡正常。

這時，未重啟的操作站PC2仍然繼續接收生產過程的實時數據，但任何操作指令仍無法執行。

檢查監控機時，發現磁盤控制器MSA1000下掛的BAY 9（用戶硬盤，RAID 1下與BAY 2的用戶硬盤互為鏡像）故障報警燈亮起，查看MSA1000日志，提示BAY 9磁盤故障。初步判斷為服務器的磁盤控制器MSA1000故障引起部分訪問中斷，部分用戶程序（SCS）進程停止，上行數據訪問中斷，下行數據訪問正常。

維護人員更換了故障硬盤，系統根據鏡像自動重建BAY 9磁盤數據并同步。同步完成后，在監控機上KVM（Keyboard/Vision/Mouse）顯示器仍舊黑屏。

嘗試依次重啟Itanium 1和Itanium 2，啟動畫面顯示已發現主機和啟動路徑，但卡在啟動畫面無法繼續啟動，這時PC2操作站的HMI畫面也異常退出，重啟HMI軟件同樣提示與155.1.1.1無法連接。

進一步檢查，發現安騰主機識別存儲的UUID（通用唯一識別碼）有問題，需要進行重置。拔出左側MSA1000控制器，重新設置右控制器的unit_id。再次啟動主機Itanium 1和2，系統和用戶程序均正常啟動。

從處理過程來看，不光BAY 9的用戶硬盤發生了故障，右側MSA1000控制器也存在某種軟/硬件缺陷，由于故障前所有的5個硬盤數據（SYSTEM、USER、DATA？）均通過右側MSA1000控制器共享給Itanium 1和2，故障發生時進程管理也被右側MSA1000的故障鎖死，從而導致系統進程無法順利切換至左側MSA1000控制器，而按照一般情況，MSA1000控制器的故障并不會影響系統和用戶程序的正常切換。

此次故障，判斷為硬件存在缺陷而導致冗余失效，因此后續更換了右側MSA1000控制器。

5 結束語

中海煉化惠州煉化項目84萬噸/年芳烴聯合裝置自投產以來，PX吸附單元作為其最高附加值產品產出單元，一直受到公司各方關注，SCS系統自2009年投用，總體表現良好，其對開關閥、渦輪流量計等儀表設備故障迅速準確的響應，使得維護人員有充足的時間應對故障維修，并且其自由度很高的操作員/工程師人機界面也使日常的檢查與故障檢查變得更輕松。

[1]丁明.吸附分離技術在PX工業生產中的運用[J].化學工程與裝備,2009,11:61-66.

[2]AXENS SCS Automation Book[Z].