DCS轉(zhuǎn)換在聚乙烯改造項目中的應(yīng)用

趙志剛

橫新軟件工程(無錫)有限公司 江蘇無錫 214028

DCS轉(zhuǎn)換在聚乙烯改造項目中的應(yīng)用

趙志剛

橫新軟件工程(無錫)有限公司 江蘇無錫 214028

結(jié)合某石化公司乙烯廠聚乙烯裝置中集散控制系統(tǒng)(DCS)的改造，闡述了由霍尼韋爾TDC3000系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為橫河CENTUM CS3000系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，以及在改造轉(zhuǎn)換過程中遇到的問題與解決方法。

聚乙烯； 集散控制系統(tǒng)； 技術(shù)改造

經(jīng)過十多年的發(fā)展，某石化公司聚乙烯裝置現(xiàn)有控制平臺因老化所造成的故障發(fā)生率和維護(hù)過時設(shè)備成本越來越高，整個監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)存儲量和處理速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于當(dāng)前迅速發(fā)展的工業(yè)自動化水平，影響了信息化程度的提高，進(jìn)而制約了企業(yè)的發(fā)展，升級改造已勢在必行[1-6]。經(jīng)石化公司管理層和專家組評審決定，由全廠范圍內(nèi)廣泛使用的橫河CENTUM CS3000系統(tǒng)替換原有的霍尼韋爾TDC3000系統(tǒng)，目的是實(shí)現(xiàn)工廠監(jiān)控、操作管理和維護(hù)管理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，為全廠信息管理系統(tǒng)建設(shè)的順利實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

1 工藝裝置與DCS簡介

1.1 聚乙烯裝置概述

聚乙烯裝置是以乙烯為主要原料，以聚乙烯樹脂為最終產(chǎn)品的化工生產(chǎn)裝置。裝置屬于全密封生產(chǎn)線[7]，共分為三個系統(tǒng)：前系統(tǒng)、后系統(tǒng)和包裝系統(tǒng)。其中，前系統(tǒng)的催化劑工段、預(yù)聚合工段和后系統(tǒng)的聚合工段統(tǒng)稱為反應(yīng)系統(tǒng)。通過不斷擴(kuò)建和工藝改造，目前設(shè)計生產(chǎn)能力為25萬t/a，設(shè)備數(shù)量已超過700臺，有500多個控制閥、200多條儀表控制回路，包括溶劑回收、化學(xué)品儲存、催化劑制備、活化單元、預(yù)聚合、聚合等12個生產(chǎn)工序，具有工藝流程長、工藝復(fù)雜、影響因素多和操作難度大等特點(diǎn)。主裝置采用DCS進(jìn)行常規(guī)控制，采用安全系統(tǒng)(SIS)進(jìn)行安全聯(lián)鎖。

1.2 兩大控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比

TDC3000系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)稱為局部控制網(wǎng)絡(luò)(LCN)，在LCN上可以掛接通用操作站(US)、歷史模件(HM)、應(yīng)用模件(AM)、存檔模件(ARM)、各種過程管理站(PM、APM、HPM)、邏輯管理站及各種網(wǎng)關(guān)接口。系統(tǒng)下層網(wǎng)絡(luò)稱為通用控制網(wǎng)絡(luò)(UCN)，在UCN上連接各種輸入輸出與控制管理站。

CS3000系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)為Vnet/IP，傳輸速率1Gbit/s，分為控制層總線1和操作層總線2，若總線1故障，總線2可分帶寬執(zhí)行總線1的功能。CS3000的控制器為AFV30D現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)，從功能上可完全替代TDC3000的PM、APM、HPM等模件。聚乙烯裝置安全系統(tǒng)采用英維思Triconex，可以通過Modbus網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與CS3000系統(tǒng)完成通信。

2 系統(tǒng)升級改造方案、內(nèi)容和方法

為減小升級改造可能帶來的風(fēng)險及故障發(fā)生率、縮短工程實(shí)施的時間、降低實(shí)現(xiàn)成本、提高工廠的可靠性，并改善生產(chǎn)過程的績效及操作有效性，需要采取有效可行的升級改造方案和實(shí)現(xiàn)方法，同時根據(jù)有限的停機(jī)時間制定行之有效的項目執(zhí)行計劃。

2.1 改造方案

項目最基本的要求就是要保證CS3000新系統(tǒng)的功能、操作與TDC3000原系統(tǒng)基本一致。用戶專家組經(jīng)過升級改造的可行性方案研究，根據(jù)原系統(tǒng)和聚乙烯裝置生產(chǎn)工藝，確定實(shí)施現(xiàn)場不改動儀表及接線的系統(tǒng)整體替換方案，即只升級和改造端子板以內(nèi)的整套DCS和SIS，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換示意圖

2.2 改造內(nèi)容

DCS升級改造主要包含硬件和軟件兩部分。

(1) 硬件的升級改造。原有TDC3000系統(tǒng)硬件全部移除，包括操作站、控制站、系統(tǒng)柜、配電柜、網(wǎng)絡(luò)柜、端子柜，以及信號和網(wǎng)絡(luò)布線。根據(jù)現(xiàn)有儀表、信號、工藝操作分區(qū)，參考原有端子分配，配置CS3000相應(yīng)的DCS硬件，并出具控制室布置圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、硬件接線圖及硬件設(shè)計規(guī)格書等，部分接地系統(tǒng)、電纜鋪設(shè)及現(xiàn)場連接信號的方式也將進(jìn)行改進(jìn)[8]。根據(jù)防爆要求，除特殊幾條回路外，所有回路均設(shè)有安全柵，以符合本質(zhì)安全防爆的要求[9]。

(2) 軟件的升級改造。包括輸入輸出映射、人機(jī)界面(操作畫面、趨勢和控制分組畫面)、控制回路、順控程序、聯(lián)鎖邏輯、優(yōu)化計算、調(diào)整參數(shù)、軟件設(shè)計規(guī)格書等。

2.3 改造方法

系統(tǒng)硬件部分按照控制點(diǎn)分布，近乎于進(jìn)行全部重新組態(tài)。針對TDC3000控制系統(tǒng)軟件部分，橫河開發(fā)了專門的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換工具，如圖2所示。現(xiàn)場的TDC3000項目數(shù)據(jù)庫保存為與橫河轉(zhuǎn)換工具可連接的文本文件，如TAG.EB經(jīng)過工具轉(zhuǎn)換后的表單可用于生成輸入輸出數(shù)據(jù)庫和回路，BOX.EB 可用于調(diào)整參數(shù)的轉(zhuǎn)換，將經(jīng)過工具轉(zhuǎn)換的順控程序文件*.CL導(dǎo)入CS3000相應(yīng)組態(tài)器后，需要參考原*.CL文件和順控資料，通過進(jìn)一步人工介入將其轉(zhuǎn)換為正確的目標(biāo)程序。

圖2 工具轉(zhuǎn)換示意圖

工藝操作流程圖的轉(zhuǎn)換主要使用橫河開發(fā)的圖形轉(zhuǎn)換工具，將原*.DS圖形文件通過工具轉(zhuǎn)換為CS3000圖形編輯器可以導(dǎo)入的.CS文件，具體過程如圖3所示。

圖3 圖形轉(zhuǎn)換流程圖

邏輯聯(lián)鎖和優(yōu)化計算的轉(zhuǎn)換與順控程序的轉(zhuǎn)換基本類似，將經(jīng)工具轉(zhuǎn)換后的文本導(dǎo)入相應(yīng)的CS3000組態(tài)編輯器后，仍需進(jìn)一步參考相關(guān)資料進(jìn)行校對和測試。復(fù)雜回路的轉(zhuǎn)換需要參考 TAG.EB 文件和用戶原有相關(guān)資料進(jìn)行手動搭建并確認(rèn)。

2.4 資料的收集

按照系統(tǒng)改造工作流程確定改造方案和方法后，收集必要的用戶端資料對項目的順利進(jìn)行具有重要的輔助意義，如原廠設(shè)計管道和儀表流程圖(P&ID)、用戶要求說明、儀表臺賬、子系統(tǒng)接口和通信輸入輸出口列表、參數(shù)調(diào)整、報警信息等。如果用戶方信息缺失，可參考數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出的文本文件或通過向用戶咨詢來解決小部分不能通過工具轉(zhuǎn)換的具體問題。

2.5 工作計劃的制定

根據(jù)項目的進(jìn)度計劃，包括原系統(tǒng)的拆除、軟硬件的改造設(shè)計集成、現(xiàn)場裝修、新系統(tǒng)安裝、現(xiàn)場接收測試、開機(jī)測試等環(huán)節(jié)，從工作量和經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，現(xiàn)場只安排停運(yùn)45天。為了使系統(tǒng)停機(jī)時間最短，并保證與現(xiàn)有設(shè)備的無縫集成，制定必要的工作計劃、安排適當(dāng)?shù)娜肆Γ约芭c用戶的緊密協(xié)作是項目成功的關(guān)鍵因素。

3 典型問題及分析

在程序轉(zhuǎn)換過程中，由于兩大系統(tǒng)的差異和轉(zhuǎn)換工具的局限性，無法做到全部內(nèi)容正確規(guī)范性的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)將一些較典型的問題列舉如下。

(1) 轉(zhuǎn)換后的程序中跳轉(zhuǎn)語句(GOTO)過多，影響程序的可讀性、可維護(hù)性，給測試和調(diào)試帶來很多不必要的麻煩。考慮相應(yīng)條件及執(zhí)行先后次序，可以用相應(yīng)順序批量控制導(dǎo)向語句(SEBOL)或程序階段結(jié)構(gòu)(PHASE)跳轉(zhuǎn)。

(2) 所有重試結(jié)構(gòu)(RETRY)和繼續(xù)結(jié)構(gòu)(CONT)均無法通過工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，需手動添加相應(yīng)對話框。

(3) 關(guān)于閥門和電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)換后可手動編輯標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動程序并套用。

(4) 所有信息，包括操作員提示信息、確認(rèn)信息等均無具體設(shè)備位號識別，無具體操作步識別，程序運(yùn)行時若發(fā)生故障，操作人員很難較快判斷哪里出了問題。可以將所有消息外置，便于之后的維護(hù)和管理。

(5) 與復(fù)雜回路銜接不好，有的模塊或數(shù)據(jù)項在回路中找不到。完善復(fù)雜回路后，很多操作模式需要在程序中重新協(xié)調(diào)。

(6) 數(shù)字報警不能單純用模擬量報警來取代，需要修改。

(7) 所有功能塊和數(shù)據(jù)項訪問權(quán)限均未設(shè)置或需重新設(shè)置。

(8) 除主程序外，中斷及背景監(jiān)控程序均需作相應(yīng)修改或調(diào)整。

此外，包括控制回路分程控制的分程范圍未轉(zhuǎn)換問題在內(nèi)的內(nèi)部設(shè)置均需參照TAG.EB文件進(jìn)行逐一校對，聯(lián)鎖邏輯的轉(zhuǎn)換則需參照原版設(shè)計院提供的邏輯圖或用戶相關(guān)資料逐一校對并更正。

4 效果分析

根據(jù)項目執(zhí)行計劃，在多方的共同努力和配合下順利完成了新舊系統(tǒng)軟硬件的改造，并進(jìn)入下一步工作。按照用戶的要求，改造后中控室外部操作間的系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 中控室外部操作間系統(tǒng)配置圖

經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行和聯(lián)調(diào)，改造后的系統(tǒng)完全符合用戶的要求，恢復(fù)了原系統(tǒng)的所有功能，且新系統(tǒng)組態(tài)簡單、操作方便，滿足了生產(chǎn)裝置對自動化水平的更高要求[10]。

新系統(tǒng)在運(yùn)行響應(yīng)速度、操作簡便靈活程度、存儲能力、安全等級和工藝改擴(kuò)建裕量等方面都有了大幅提升，完全達(dá)到了用戶升級改造的目的，為改善和提高企業(yè)生產(chǎn)效率、減少維護(hù)成本、后續(xù)共享與管理全廠信息，以及進(jìn)一步全面提升公司整體的自動控制及信息管理水平打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，并為類似改造積累了經(jīng)驗。

5 結(jié)束語

過程自動化控制系統(tǒng)升級改造的必要性、目標(biāo)和方向是非常明確的，但升級改造的方案應(yīng)根據(jù)用戶的實(shí)際需要而定，本文升級改造的過程論述可為某些裝置的DCS改造提供一定的參考，減小升級改造可能帶來的風(fēng)險，提高工廠的可靠性，以達(dá)到改善生產(chǎn)過程績效的目的。

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Combined with the reconstruction of the DCS of a polyethylene device in the ethylene plant of a petrochemical company， elaborated the implementation procedures from Honeywell TDC3000 system into Yokogawa CENTUM CS3000 system， as well as encountered problems and solutions in the reconstruction and conversion process.

Polyethylene； DCS； Technical Renovation

2016年5月

趙志剛(1972— )，男，碩士，高級工程師，主要從事DCS控制工程軟件的設(shè)計、組態(tài)、測試等工作， E-mail：zhig_zhao@126.com

TQ056

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1674-540X(2016)04-055-04