Experion PKS系統在聚乙烯裝置中的基本應用

王小龍

(中國石化齊魯分公司運行維護中心，山東 淄博 255400)

1 工藝簡介

裝置采用GPE氣相流化床聚乙烯專利技術，具有流程短、投資省、操作費用低、產品牌號切換方便、單體消耗低、原料毒性小、反應操作壓力和操作溫度較低等特點，由原料精制、聚合反應、脫氣與回收、造粒風送及相關的公用工程系統組成，聚合反應采用國產鈦系、鉻系催化劑，以乙烯為主要原料，丁烯-1、己烯-1為共聚單體，生產不同熔融指數和不同密度的產品。

2 控制系統簡介

Experion PKS過程知識系統是Honeywell推出的新一代過程自動化系統，包括完整的調節控制、邏輯控制、順序控制以及傳動控制等，由冗余控制器提供面向對象的控制環境[1]。該聚乙烯裝置采用的Experion PKS系統，主要應用于精制和反應單元，出料、造粒和風送單元均使用獨立PLC系統，分別與PKS系統通訊，實現在PKS流程圖畫面中顯示PLC過程參數的功能。

3 控制系統結構

該系統分為現場機柜間和中央控制室兩部分。由于距離較遠，超出了傳統工業以太網的最大傳輸距離，因此采用光纖通訊。控制系統結構如圖1所示。

圖1 PKS系統結構圖

現場機柜間是整個PKS系統的控制核心，包括過程控制站4個、冗余服務器1對、工程師站1臺、FDM服務器1臺。中央控制室配置了雙屏Console Station操作站4臺、Flex Station操作站1臺、遠程工程師站1臺、FDM操作站1臺。此外，網絡柜內的光電轉換器和交換機實現了冗余 FTE以太網配置。

4 控制系統配置

控制站：每個控制站擁有兩路獨立的UPS電源，保障供電安全。一對C300冗余控制器，承擔I/O信號的處理和數據運算功能。防火墻可以有效地阻擋網絡風暴及外部信號干擾，保證內部FTE通訊網絡的暢通和高效傳輸，提高系統周期處理速率。

服務器：采用DELL服務站，通過全局數據庫，依托FTE網絡實現與控制器之間的數據交換，主要包括：全局的實時數據、趨勢、報警、系統信息等。服務器采用冗余配置，主服務器與主控制器通訊，運行RTDB數據庫，推送實時數據至操作站，實現對過程參數的完整監控功能。備服務器與主服務器通訊，運行EMDB數據庫。兩者在功能結構上相對獨立，不可替代。但在保證數據庫同步的前提下，當主服務器故障時，可自動或手動完成備服務器關鍵功能的切換。

操作站根據工作模式不同，可分為Console Station和Flex Station兩大類，其中Console Station即使在服務器故障時也可以從控制器直接讀取工藝參數，并完成控制指令的寫入，保留一些關鍵控制功能，最大限度地保證工藝操作人員對裝置的監視和操控。同時，組態配置為基于操作站的安全性，通過不同的用戶密碼區分不同的安全等級和操作權限，滿足工藝人員在不同場景下的使用需求。允許操作站在獲取工程師權限后可做工程師站使用，進行控制系統組態和系統日常維護。

FDM可以對PKS系統內支持HART協議的智能儀表設備的狀態進行統一監視和組態配置，提升現場HART設備的維護效率，多應用于各類型變送器和定位器等現場儀表設備的重要狀態參數的讀取。GPS設備獲得的時鐘源用于校準主服務器的時間，再由主服務器通過FTE網絡廣播至其他節點設備，從而保證整個PKS系統的時鐘同步和準確，這在報警及事件查詢、故障分析等方面至關重要。

5 組態配置

Exerion PKS的組態軟件主要包括有數據庫組態軟件Conf iguration Studio 、流程圖組態軟件HMIWeb Display Builder和監控畫面軟件Station。Conf iguration Studio作為重要組態軟件，其常用功能主要有：控制策略組態軟件Control Builder和系統數據庫管理軟件Quick Builder。

5.1 控制方案組態軟件Control Builder

Control Builder支持C300控制器控制策略的離線組態和在線監視，能夠進行多種數據預處理及控制運算、報警值設定等。通過創建的CM和SCM，可以實現對工藝參數的回路控制、邏輯控制、順序控制等。例如，反應器壓力PIC40094等主要控制功能通過CM實現，APC先進控制的底層控制功能與賦值順控等功能通過SCM實現。

5.2 系統數據庫管理軟件Quick Builder

Quick Builder一般用于Stations類型的定義和分配、Servers規模及默認路徑的配置，同時建立和管理SCADA通訊所需的Channels、Controllers、Points的QDB數據庫。

5.3 流程圖組態軟件HMIWeb Display Builder

HMIWeb主要用于流程圖的組態，可以實現對靜態畫面、動態數據顯示、命令控件等內容的組態，以便于工藝參數的常規監視、報警指示和日常操作命令的下達。

5.4 監控畫面軟件Station

Station主要用于報警、事件、歷史歸檔、趨勢和組畫面、站類型定義等多方面的組態配置，同時也是日常操作的監控窗口。

6 典型控制舉例

6.1 進循環氣丁烯流量控制

反應器進循環氣丁烯流量控制回路FIC40008：根據工藝要求既可以對反應器進循環氣丁烯流量控制閥門FZV40008A、FZV40008B進行分程控制，也可以用來控制丁烯/己烯計量泵轉速，兩種控制方案根據實際需要，可以通過流程圖操作畫面的軟按鈕進行自由切換。

為了實現該控制功能，分三個步驟進行組態，首先搭建常規PID控制回路并設置各個參數，其次在此基礎上加入分程控制，最后再實現閥門或泵轉速控制的選擇切換功能。利用手操器模塊MANUAL的控制模式MODE可以外部給定的特點，從而實現閥門控制和計量泵控制的功能切換。為實現該功能，要求將ESWFLCAS、ESWENB、EWSPERM引腳從手操器模塊MANUAL引出并激活，同時要借助安全聯鎖SIFL功能，使控制器的輸出能夠獨立的在不同輸出通道間切換而又不會相互影響。

6.2 反應器溫度控制

反應器溫度采用串級分程控制方案，主要控制功能在串級控制中實現，其中主控制器的輸出值作為副控制器的設定值，副控制器的輸出值用來控制調溫水閥開度。在正常生產期間，多采用TIC40026與TIC40046做串級控制，其中反應器溫度控制TIC40026做為主回路，循環氣冷卻器出口溫度控制TIC40046作為副回路，主控制器TIC40026的輸出值作為副控制器TIC40046的設定值，副控制器TIC40046的輸出值用來控制4臺調溫水閥TV40026A1、TV40026A2、TV40026B1、TV40026B2。

7 SCADA通訊

目前，該PKS系統的通訊主要分為兩種類型：第一種是與SM系統之間基于TCP/IP協議，采用LAN Vendor的端口通訊，這種情況只需要將通道的端口地址和SM控制器的FTE網絡IP地址對應即可。這種方法相對簡單，利用以太網做傳輸介質，不用額外布線。第二種主要是與PLC之間使用Modbus RTU協議，利用Terminal Server的端口進行通訊，需配置通道、端口地址、數據位、停止位、比特率以及串口類型等一系列參數，同時還要使用RS485電纜連接。由于通訊延時的存在且可靠性較低，該PKS系統的數據通訊主要應用在對實時性要求不高的場合做顯示。同時，也有少量通訊點配置了參數變量的寫入功能，例如反應器出料時間的修改、出料次數的統計與清零等，就是從PKS系統向出料PLC系統寫入而實現的。

8 結語

DCS集散控制系統在生產過程自動化控制領域已廣泛應用，Experion PKS已逐漸成主流DCS控制系統之一。該系統自投用以來，已運行了兩個檢修周期，運行狀態良好，控制器負荷穩定，尚未出現任何重大硬件故障及軟件錯誤，可靠性較高。在今后的工作中將進一步加強系統維護，努力提升和優化控制系統的各項性能指標。