一線PVC聚合干燥及自備電廠DCS升級改造技術探討

梁寅祥，田建強，何歡歡，姜 蘇

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718199）

陜西金泰氯堿化工有限公司（以下簡稱陜西金泰）一線PVC10萬t/a項目及自備電廠項目于2005年底建成投產。兩套裝置DCS均采用美國FOXBORO公司的分布式控制系統(tǒng)—I/A Series。該控制系統(tǒng)于項目投產初期在業(yè)界很具優(yōu)勢，運行13年，總體比較穩(wěn)定、安全。但是進入2017年，各裝置工作站頻繁故障，導致消缺無備件可用，加之系統(tǒng)軟件漏洞增多，經常出現(xiàn)工作站自動重啟、畫面卡死或自動調整大小、數(shù)據通訊卡滯等現(xiàn)象，系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性方面存在重大隱患。鑒于此，生產部自控中心經過周密計劃，利用公司2018年大修機會完成了一線PVC聚合干燥及自備電廠兩個裝置老DCS系統(tǒng)升級改造。通過近兩個月運行觀察，改造后的新DCS系統(tǒng)可靠性、兼容性大大提高，不僅解決了DCS消缺無備件及系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等制約性問題，更重要的是為公司安全生產經營提供了有力保障，并為后期對其他老舊DCS系統(tǒng)升級改造提供了參考，具有重要指導意義。

1 DCS升級改造的必要性及改造思路

陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠老DCS系統(tǒng)運行至2017年后開始暴露出各種問題，雖然自控中心針對這些問題做了大量補救性工作，但還是杯水車薪。鑒于情況緊急，自控中心立即聯(lián)系了上海?？怂共_有限公司，廠家回復：CP60控制器、DL370型工作站及RCNI/NCNI等網絡設備已停產，無法再提供備件支持，且不再提供老裝置DCS系統(tǒng)的技術服務，只能做DCS系統(tǒng)升級的打算。

根據陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠DCS的現(xiàn)狀（一線PVC聚合干燥DCS系統(tǒng)有2對控制器，自備電廠DCS系統(tǒng)有7對控制器），整體換型改造不現(xiàn)實，一是整體升級費用十分昂貴，二是施工工期長，會嚴重影響公司生產經營計劃。自控中心積極和廠家進行技術交流，并制定了陜西金泰DCS升級改造技術方案。方案明確了一線PVC聚合干燥整體升級改造，自備電廠局部改造，即先升級一對控制器。此方案完全可以在最省時、最經濟的情況下達到既定升級改造要求。

2 升級前后DCS硬件配置及網絡架構

2.1 一線PVC聚合干燥升級前DCS硬件配置及網絡架構

一線PVC聚合干燥工作站型號為DL370，控制器型號為CP60，I/O卡件為FBM200系列，控制網絡為節(jié)點總線型。系統(tǒng)規(guī)模為控制器2對（聚合1對、干燥1對），冗余配置。一對24口以太網交換機，一對NCNI節(jié)點總線接口卡，2臺RCNI工作站接口卡，工作站7臺（操作員站6臺，工程師站1臺）。

系統(tǒng)主要矛盾：（1）I/O柜已無空位，卡件備用通道所剩不多，后期完全無擴容可能；（2）數(shù)據通訊卡滯，網絡存在漏洞；（3）產品已經進入淘汰期，廠家無法再提供備件支持和老系統(tǒng)的技術服務。升級前一線PVC聚合干燥DCS網絡架構見圖1。

圖1 升級前一線PVC聚合干燥DCS網絡架構

2.2 自備電廠升級前DCS硬件配置及網絡架構

自備電廠工作站型號為DL370，控制器型號為CP60，I/O卡件為FBM200系列，控制網絡為節(jié)點總線型。系統(tǒng)規(guī)模為控制器7對（鍋爐3對、汽機2對、公用系統(tǒng)1對，電氣1對），冗余配置。一對24口以太網交換機，一對NCNI節(jié)點總線接口卡，7臺RCNI工作站接口卡，工作站9臺（操作員站7臺，工程師站和電氣工程師站各1臺）。

系統(tǒng)主要矛盾：（1）CP 負荷均高于 50%；（2）系統(tǒng)網絡存在漏洞，系統(tǒng)報警不能徹底消除；（3）歷史庫點位即將滿位；（4）產品已經進入淘汰期，廠家無法再提供備件支持和老系統(tǒng)的技術服務。升級前自備電廠DCS網絡架構見圖2。

圖2 升級前自備電廠DCS網絡架約

2.3 一線PVC聚合干燥升級后DCS硬件配置及網絡架構

一線PVC聚合干燥工作站型號為H92，控制器型號為FCP280，I/O卡件利舊仍為FBM200系列，控制網絡為MESH網絡。系統(tǒng)規(guī)模為：新型控制器2對（聚合1對、干燥1對），冗余配置。更新了一對24口以太網交換機。7臺新工作站通過冗余光纖接入信號。升級后一線PVC聚合干燥DCS網絡架構見圖3。

圖3 升級后一線PVC聚合干燥DCS網絡架構

2.4 自備電廠升級后DCS硬件配置及網絡架構

自備電廠升級后為新舊系統(tǒng)并存。4臺新的工作站型號為H92，#1鍋爐控制器型號為FCP280，I/O卡件利舊仍為FBM200系列，I/O卡件底板升級為新版，控制網絡為MESH網絡。系統(tǒng)規(guī)模為：1對新型控制器通過ATS協(xié)議轉換器與6對舊版控制器并用。增加了一對24口以太網交換機，4臺新工作站（操作員站3臺，工程師站1臺）通過冗余光纖接入信號，5臺舊操作站通過RCNI工作站接口卡接入信號。升級后自備電廠DCS網絡架構見圖4。

圖4 升級后自備電廠DCS網絡架構

3 DCS升級要求

（1）該次DCS控制系統(tǒng)升級改造后保留原有DCS系統(tǒng)各站的所有功能（包括組態(tài)的控制策略、操作、顯示、報警、趨勢顯示、歷史趨勢和歷史數(shù)據顯示和查詢以及與其他控制系統(tǒng)的通訊、顯示等）。

（2）升級改造后，不得改變原系統(tǒng)I/O卡件及通道的編號，保留原有I/O點數(shù)，CP負荷不高于50%，采用MESH網絡結構，通訊速率不低于100 Mb/s。保證DCS控制系統(tǒng)升級改造后整個系統(tǒng)的完整性、可靠性、安全性。原系統(tǒng)電源采用1∶1冗余配置，對升級所涉及的機柜電源進行評估，并保證升級后仍為1∶1配置，即使只有一路電源供電系統(tǒng)仍可保證DCS系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)接地原則上采用原DCS系統(tǒng)的接地系統(tǒng)。

（3）因原系統(tǒng)工作站DL370目前已經停產，且故障率高，需要升級到最新主流型號的工作站H92。升級后的工作站的硬件和軟件應具有高可靠性和容錯性。對控制器（型號為CP60）需要升級至最新的控制器（型號為FCP280），容錯（冗余）配置。

（4）控制系統(tǒng)的現(xiàn)場節(jié)點總線網絡結構需要升級至新的MESH網絡結構，控制局域網和現(xiàn)場總線設備容錯（或冗余）配置，通信網絡應有病毒防護措施[1]。

4 升級改造技術方案

（1）一線PVC聚合干燥裝置的兩對控制器（型號為CP60）升級為新控制器（型號為FCP280），控制器不再集中布置，升級后的控制器隨卡件柜布置。對卡件柜利舊改造，卡件底板更換為最新的FBM底板，原有卡件保留。兩對新控制器FCP280和7臺新工作站（操作員站6臺，工程師站1臺）均通過冗余光纖直接接入一對新的24口以太網交換機，形成冗余的MESH網絡結構。

（2）自備電廠計劃部分升級改造，即1#鍋爐DCS升級改造，其余機爐控制系統(tǒng)保留，最終為新舊系統(tǒng)并存模式。原1#鍋爐舊控制器CP6001拆除，空出的槽位插入一對ATS協(xié)議轉換器。舊控制器（型號為CP60）升級為新控制器（型號為FCP280），控制器不再集中布置，升級后的控制器隨卡件柜布置。對卡件柜利舊改造，卡件底板更換為最新的FBM底板，原有卡件保留。新控制器FCP280通過ATS協(xié)議轉換器和剩余6臺舊CP60、4臺新工作站及5臺舊工作站（操作員站8臺，工程師站1臺）通過冗余光纖接入24口以太網交換機，形成冗余的MESH網絡結構。

5 兩套裝置DCS升級實施步驟

該次DCS升級改造計劃工期7天。施工前為了保證現(xiàn)場生產安全，計劃在升級施工時進行短時間的系統(tǒng)停電操作。DCS升級改造施工期間，現(xiàn)場數(shù)據將無法遠程監(jiān)視，機泵、閥門無法遠程控制，帶故障位調節(jié)閥將自動轉至故障位置。必須聯(lián)系裝置運行人員提前做好DCS系統(tǒng)停電前現(xiàn)場應急準備工作。自控中心相關負責人全程監(jiān)督、指導，各裝置DCS專工高度配合FOXBORO廠家工程師，安全、高效完成DCS升級改造。具體實施步驟分硬件和軟件兩個部分。

5.1 硬件部分

（1）一線PVC聚合干燥及1#鍋爐I/O機柜做好清灰工作，并按要求做標記；提前進行電纜光纜鋪設，光纜熔接；

（2）新控制器（型號為FCP280）安裝；原有卡件柜改裝舊底板拆除，新底板安裝，卡件恢復；

（3）系統(tǒng)恢復、上電，檢測控制器、工作站及I/O卡件狀態(tài)，測試DCS主副電源及各設備工作情況。

5.2 軟件部分

（1）舊系統(tǒng)軟件備份，包括組態(tài)、畫面、系統(tǒng)定義盤等；

（2）根據新的系統(tǒng)定義，制作系統(tǒng)定義盤，并使用新的定義盤進行工作站安裝；

（3）現(xiàn)有Unix平臺下畫面和邏輯轉換到Windows平臺；

（4）將系統(tǒng)原有組態(tài)以及功能恢復至Windows平臺后進行調試以使系統(tǒng)原有功能在Windows平臺完整保留并且運行正常。

6 結語

通過本次DCS升級改造，陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠1#鍋爐的DCS系統(tǒng)控制器、工程師站、操作員站、系統(tǒng)網絡均升級為目前FOXBORO最新版本。不僅DCS工作站、通訊網絡性能大大提升，還解決了原有工作站、控制及通訊設備、I/O卡件停產造成備件采購困難的問題，最重要的是通過DCS升級改造增加了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，為金泰氯堿的長周期安全穩(wěn)定生產提供了堅實保障。