計算機監(jiān)控系統(tǒng)的搬遷及升級改造

楊 躍

(云南大為制氨有限公司電儀中心，云南 沾益 655338)

云南大為制氨公司50萬t/a合成氨裝置于2008年5月建成投產(chǎn)，生產(chǎn)操作控制主要集中在鍋爐島中控室與氣化合成中控室兩個操作室。原操作室由于距離生產(chǎn)裝置比較近，為了改善操作人員工作環(huán)境，保障操作人員的安全，公司決定對這兩個操作室進行搬遷，即將計算機監(jiān)控系統(tǒng)移動到相對安全的位置。

計劃利用生產(chǎn)裝置短停檢修時間，對中控室合成氨裝置、煤氣化裝置、空分裝置、鍋爐島裝置所有操作站和輔操臺，以及相應的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、PLC監(jiān)控系統(tǒng)進行搬遷改造，將合成氨操作室和鍋爐島操作室將搬遷到新的控制室。為此，制訂操作室搬遷方案時，根據(jù)DCS系統(tǒng)的運行中存在的問題、DCS升級換代情況，以及公司生產(chǎn)發(fā)展需要，對監(jiān)控系統(tǒng)搬遷改造方案進行討論研究，嚴格控制投資成本，不斷優(yōu)化和完善搬遷改造方案。在2019年3月系統(tǒng)停車檢修期間順利完成了搬遷改造工作，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的性能，延長監(jiān)控系統(tǒng)的生命周期。

1 監(jiān)控系統(tǒng)搬遷設計與優(yōu)化

由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)機柜間控制站搬遷投資巨大(僅電纜費用就要上千萬元)，工作任務重(有上萬個儀表信號電纜要敷設、接線)，需要的安裝調(diào)試時間長(至少要一個月時間)，最后決定只搬遷計算機監(jiān)控系統(tǒng)的操作站和輔操臺，控制站仍然保留在原來的機柜間，這樣就可以大大減少工作量和投資費用。主要搬遷改造工作如下：

1)供電電源和網(wǎng)絡通信[1]

網(wǎng)絡通信和供電電源供電采用雙路冗余系統(tǒng)，且通過不同的電纜電橋架從不同的方向引到新的控制室，保障通信和電源安全。當一路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能正常工作。

在新中控室安裝設置新的電源柜和網(wǎng)絡通信柜，鍋爐島新中控室距離老中控室有 100 m 左右，距離比較近，鍋爐新中控室供電由原UPS提供，分別從兩個UPS電源分配柜引起新中控室電源柜。合成氨中控室距離老中控室大約有 500 m ，距離遠，要經(jīng)過生產(chǎn)裝置區(qū)。為了保證安全，由電氣供出兩路市電分別到新中控的兩臺UPS，再到電源柜。電源柜到各個操作站采用雙電源供電。

網(wǎng)絡柜在新老操作室各安裝一組(其中合成中控新老操作室各2臺，鍋爐島新老操作室各一臺)，DCS使用4根8單模光纖分兩組分別從不同線路的橋架連接，ESD/ITCC/DEH使用2根8單模光纖分兩組分別從不同線路的橋架連接，可保證一根光纖故障或者一臺交換機故障不影響系統(tǒng)的正常運行。DCS、ESD/ITCC、視頻監(jiān)控、PLC、DEH等控制系統(tǒng)通訊也通過網(wǎng)線連接到老控制室網(wǎng)絡柜交換機上，然后通過光纖連接到新控制室網(wǎng)絡柜內(nèi)交換機上，再通過交換機用網(wǎng)線連接到各個操作站。

2)DCS雙屏操作站安裝設計

橫河DCS在增加雙屏軟件包授權(quán)后，一個操作站電腦主機可帶兩個顯示器，通過鼠標操作不同的監(jiān)控畫面。

合成中控操作室原來氣化DCS操作站有8臺，合成空分5臺，兩洗變換4臺。為了方便操作人員對重要工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控，提高工作效率，減少關(guān)鍵崗位操作人員的數(shù)量，在新操作室內(nèi)設計采用雙屏監(jiān)控。

通過討論確定氣化操作站設置6臺雙屏操作站，空分合成設置4臺雙屏操作站，變換兩洗設置4臺雙屏操作站，DCS操作站電腦數(shù)量減少了3臺。鍋爐島DCS操作站原有14臺，改為雙屏操作站后，搬遷后配置了9臺雙屏操作站，減少5臺操作站電腦。多余的操作站用作新工程師站或者備用。

3)ITCC/ESD操作站

ITCC/ESD 3套系統(tǒng)共用兩對冗余網(wǎng)絡交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。操作站增加網(wǎng)卡，采用雙網(wǎng)卡冗余通信，提高系統(tǒng)可靠性。

4)輔操臺

輔操臺主要用于關(guān)鍵設備的聲光報警和緊急停車，由于輔操臺移至新中央控制室，輔操臺與系統(tǒng)之間使用的是硬接線方式。因此，新中央控制室至原系統(tǒng)機柜間需新敷設信號電纜用以連接輔操臺。為了保證在緊急情況下，系統(tǒng)能正常的停車，設計采用了雙線路，一路走空中，一路走地下。聲光報警和運行停車通過端子并接在起，緊急停車按鈕則采用獨立的兩個開關(guān)分別進行系統(tǒng)，只要任何一個開關(guān)按下動作，系統(tǒng)就會自動停車。

5)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由新控室安裝的大屏幕進行集中顯示，大屏幕由24個50英寸的無邊液晶顯示屏組成，由大屏幕控制矩陣控制，可輸入8路HDMI信號，24路HDMI輸出到液晶屏。在操作臺內(nèi)安裝兩臺海康威視4200一體機，通過光纖網(wǎng)絡將原操作室內(nèi)兩臺硬盤錄像機視頻信號投到大屏幕上進行顯示。左側(cè)12個液晶屏由氣化分廠操作控制，右側(cè)12個液晶屏由合成氨分廠操作控制[2]。

6)PLC操作站

主要有電除塵PLC、輸灰PLC、DEH、煤氣化振打器PLC

煤氣化振打器PLC監(jiān)控原來采用的是觸摸液晶屏，為了實現(xiàn)遠程監(jiān)控操作，將CPU模塊更換為帶以太網(wǎng)接口的CPU模塊，在新中控安裝一臺電腦及WINCC FLEXIBLE 軟件進行遠程監(jiān)控。

7)有毒有害氣體監(jiān)控站

原系統(tǒng)采用MSA SUPRMA 控制器通過CAN總線轉(zhuǎn)換為RS485串行信號，一路到DCS，一路到上位機。由于REMACAN總線轉(zhuǎn)換器故障不能正常通信，在銳馬控制器上增加了一塊帶以太網(wǎng)口的通訊卡，將上位機通訊修改為MODBUS TCP/IP通訊。監(jiān)控站搬遷到新中控室后，采用光纖網(wǎng)絡進行通訊，聲光報警與確認復位按鈕通過一根8芯電纜進行連接到新中控操作臺。

8)鍋爐島汽化輪發(fā)電機DEH 操作站。

2 監(jiān)控系統(tǒng)升級改造與優(yōu)化[3]

2.1 合成裝置控制器升級

合成裝置有監(jiān)控站9套，其中FCS0110站使用的是AFV30D控制器，其他8套均為AFV10D老控制器。由于DCS控制器AFV10D已停產(chǎn)，新上項目均采用AFV30D，AFV10D控制器已難以購買，即使買到，價格也比AFV30D還要高。AFV30D作為AFV10D的升級替代產(chǎn)品，性能上有了較大的提高。而現(xiàn)有AFV10D控制器由于使用時間長，故障率較高。

本次升級將合成現(xiàn)有AFV10D控制器更換成AFV30D控制器，以及對應的授權(quán)由VP6F1550更換成VP6F1750授權(quán)。更換下來的AFV10D有兩套作為氨庫區(qū)、硫回收遠程IO點升級改造，其余的可作為鍋爐島DCS系統(tǒng)的備件。

2.2 遠程IO站的改造

氨庫和硫回收之前采用遠程節(jié)點同軸電纜的方式，同軸電纜是橫河上一代淘汰的遠程節(jié)點模式；

同軸電纜的缺點：一是不便于維修，電纜某點出現(xiàn)問題，整根電纜都需要更換；二是同軸電纜遠程模式是通過交換機光電轉(zhuǎn)換模式，中間環(huán)節(jié)多，容易出現(xiàn)通訊問題，且同軸通訊設備不通用；

氨庫和硫回收利舊采用橫河AFV10D控制器改造優(yōu)點：

1)增加控制器，減少了原合成工序控制器的監(jiān)控負荷。

2)將遠程IO站變成本地FCS獨立的控制器，為以后氨庫和硫回收擴容建設提供便利(1個FCS可外接13個NODE)，光纖通訊方式路徑簡單，運行更穩(wěn)定，光纖結(jié)構(gòu)通訊設備與在用其它FCS的通訊設備通用。

3)采用利舊AFV10D控制器改造，增加了系統(tǒng)的可用性，擴容性，穩(wěn)定性，還節(jié)約建設成本。當通訊出現(xiàn)故障時，本地控制器可以獨立工作，不影響生產(chǎn)控制，保證了硫回收和氨庫監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

氨庫裝置原始配置：遠程節(jié)點ANR10D 2套；硫回收裝置原始配置：遠程節(jié)點ANR10D 3套；主要改造內(nèi)容：

1)氨庫裝置現(xiàn)改造

控制器機架AFV10D 1套(利舊)；本地節(jié)點機架ANB10D 1套(新增)；通訊電纜YCB301 2根(新增)；通訊卡EC401 2塊(新增)。

2)硫回收裝置現(xiàn)改造

控制器機架AFV10D 1套(利舊)；本地節(jié)點機架ANB10D 2套(新增)；通訊電纜YCB301 4根(新增)；通訊卡EC401 2塊(新增)。

2.3 雙屏顯示器改造

為了方便操作人員對重要工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控，提高工作效率，減少關(guān)鍵崗位操作人員的數(shù)量，在新操作室內(nèi)設計采用雙屏監(jiān)控。橫河DCS在增加雙屏軟件包授權(quán)后，一個操作站可帶兩個顯示器，通過鼠標操作不同的監(jiān)控畫面。

1)合成氨新增

雙屏授權(quán)軟件包：VP6H4600 14套；雙屏支架： 20套；顯示屏：(16∶9) 21.5 LED 10臺。

2)鍋爐新增

雙屏支架：9套；顯示屏：(16∶9) 21.5 LED 9臺。

2.4 鍋爐島溫度聯(lián)鎖系統(tǒng)改造

鍋爐裝置1-4號爐溫度RTD信號、TC信號是由現(xiàn)場PT100及熱電偶直接進橫河端子板MRT及AET4D在上卡件的。由于長期使用，RTD熱電阻信號因線纜接頭老化及松動致使測量阻值發(fā)生變化，從而在DCS畫面上顯示的并非現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)；而TC熱電偶信號是毫伏電壓信號，在現(xiàn)場的復雜環(huán)境下，極易產(chǎn)生波動；而且橫河RTD卡件故障率高，發(fā)生故障后溫度指示不可控，極易造成聯(lián)鎖動作停車。因此，通過討論決定，現(xiàn)將帶聯(lián)鎖的溫度點進行改造，改為經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mA 電流信號再進DCS系統(tǒng)，并對溫度變送器進行組態(tài)，出現(xiàn)故障時輸出最小或最大，不會引起聯(lián)鎖誤動作。

首先在老端子柜內(nèi)安裝導軌和隔離型安全柵，安全棚供電采用導軌供電，將原帶聯(lián)鎖的溫度點從端子板拆除，接入隔離型溫度安全柵，轉(zhuǎn)換為4-20 mA 標準信號后，再由32芯專用纜連接到模擬量輸入卡AAI143上。

改造后信號連接方式如圖1。

圖1 溫度信號連接 量圖

3 結(jié)語

在2019年3月到4月份全廠停車檢修期間完成了鍋爐操作室、合成氣化操作室的搬遷及DCS控制系統(tǒng)的升級改造工作。投入運行至今，計算機監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，為生產(chǎn)長周期安全運行提供保障，目前裝置連續(xù)運行已超過了一百多天。

通過完成這次監(jiān)控系統(tǒng)搬遷和改造，得到很多的收獲，對下一步聯(lián)堿自動化儀表及控制系統(tǒng)進行升級改造和氨庫SIS儀表改造提供了豐富的經(jīng)驗。

為了充分利用裝置短停進行升級改造，盡可能少的影響裝置開停車時間，提出如下建議：

1)在裝置停車前，需要完成電纜橋架、電纜、光纖的敷設，UPS及電源、網(wǎng)絡及交換機安裝調(diào)試、輔操臺及開關(guān)按鈕內(nèi)部接線，查出校對好線并套上線號，接上新輔操臺側(cè)的線，連通新操作室光纖網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡通訊。

2)在裝置停車時，按圖紙拆除機柜內(nèi)舊的輔操臺信號線，接入新的信號線。軟件的修改及下裝必須在裝置停車時完成，在開車后盡量不要再去修改下裝監(jiān)控軟件。

3)完成接線后，在開車前必須進行聯(lián)鎖調(diào)試并做好調(diào)試記錄。

4)隨著時代的發(fā)展和科技的進步，監(jiān)控系統(tǒng)軟件和硬件也在不斷的升級換代。監(jiān)控系統(tǒng)軟件與硬件均有一定的使用壽命和生命周期，可通過升級改造以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減少和避免故障的發(fā)生，為工廠安全生產(chǎn)提供保障。