霍尼韋爾的Experion PKS在中控的應(yīng)用及改造

馬兆鋒，孔維華，劉樂利，劉望軍

（兗礦魯南化工有限公司，山東滕州 277527）

1 項目概況

我公司所用多噴嘴對置式新型水煤漿氣化技術(shù)屬于國家 “十五”期間 “863”課題，是由兗礦集團(tuán)和華東理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的第一套千噸級氣化裝置。該氣化爐的比氧耗、比煤耗、合成氣有效氣體成分、碳轉(zhuǎn)化率、灰渣可燃物含量均優(yōu)于國外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)?？梢哉f，該氣化技術(shù)是世界上最先進(jìn)的氣流床煤氣化技術(shù)之一。

該項目自動控制部分由Honeywell公司的Experion PKS系統(tǒng)和GE公司的GMR緊急停車系統(tǒng)組成，其中，GMR系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)氣化爐的開停車邏輯管理；PKS系統(tǒng)負(fù)責(zé)其余的煤漿氣化，氣體洗滌，渣水處理，氣體凈化，甲醇合成等工藝生產(chǎn)的自動控制。中央控制室Honeywell PKS系統(tǒng)的控制器為C200（3對），軟件版本為Expression R500?，F(xiàn)場兩大生產(chǎn)系統(tǒng)的儀控測點(diǎn)及回路通過端子接入I／O卡件，由總線接入控制器，再由控制器與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

2 Experion PKS系統(tǒng)運(yùn)行狀況

通過3a的運(yùn)行分析，以及對氣化、甲醇兩個生產(chǎn)系統(tǒng)的掌握，在對中央控制室DCS實際運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計以后，我們發(fā)現(xiàn)DCS平均運(yùn)行周期為64d，不能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的實際需求。通過前期設(shè)計施工與開車以來的技改技措與維護(hù)工作，和在DCS控制工程方面磨練出了熟練的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗，決定對中央控制室DCS進(jìn)行技術(shù)改造，以延長其運(yùn)行周期。

3 缺陷原因分析

中央控制室由儀表車間儀控五班負(fù)責(zé)維護(hù)，班組人員均經(jīng)過相應(yīng)的上崗培訓(xùn)，基本能勝任工作，不存在操作人員能力不足的缺陷，而且要求認(rèn)真巡檢。按照班組詳細(xì)的巡檢量化指標(biāo)，已制定的文件有 《計算機(jī)維修規(guī)范》、《DCS組態(tài)修改規(guī)程》、《DCS應(yīng)急預(yù)案》等，并在實際工作中逐項進(jìn)行了落實，所以不存在人為的因素。巡檢過程中，根據(jù) 《DCS控制室運(yùn)行及維護(hù)規(guī)范》，控制室內(nèi)溫度為（20±5）℃，濕度為（40± 5）%；符合工作要求。根據(jù)工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容系列規(guī)范（GB／T 13926.1—92、GB／T 13926.2—92、GB／T 13926.3—92、GB／T 13926.4—92）以及抗干擾標(biāo)準(zhǔn)（IEC61000－4－2、IEC61000－4－3、IEC61000－4－4、IEC61000－4－5），結(jié)合中央控制室的實際情況，小組成員主要從靜電放電測試、電快速瞬變測試、浪涌敏感度測試三個方面開展了驗證活動。機(jī)柜由自控產(chǎn)品廠家提供，采用鋼結(jié)構(gòu)外殼并噴漆，出廠前經(jīng)過了嚴(yán)格的電磁性能測試，符合EMC、EMI等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？刂剖忆佋O(shè)防靜電地板，對其他可能的干擾源進(jìn)行了隔離，機(jī)柜附近不存在電磁干擾。根據(jù)SH／T3081－2003《石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范》對控制室接地情況進(jìn)行測試，接地電阻≤5Ω，接地符合要求，工作環(huán)境也符合要求。最后，我們咨詢了上海霍尼韋爾廠家，他們對我們的系統(tǒng)進(jìn)行了分析，一是中央控制室采用了Honeywell PKS系統(tǒng)的控制器——C200（3對），軟件版本為Expression R500，雖然R500已十分成熟，但是運(yùn)行過程中我們發(fā)現(xiàn)其在很多自動化控制方面的缺陷，在自整定、自控性、容錯性上都存在缺陷，控制器軟件相對Expression PKS R201版本低——利用大修時間進(jìn)行系統(tǒng)軟件版本升級。二是兩大系統(tǒng)混用控制器，要求氣化爐A／B、甲醇凈化／合成各由一對控制器控制，氣化、甲醇各設(shè)一對獨(dú)立的服務(wù)器以互不影響。三是操作站通訊網(wǎng)絡(luò)無容錯能力，建議增加一塊INTEL PRO千兆網(wǎng)卡，完善通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成雙冗余網(wǎng)絡(luò)。

因操作員站僅通過一條網(wǎng)線與服務(wù)器進(jìn)行通訊，直接導(dǎo)致了操作員站讀取實時數(shù)據(jù)失敗，類似事件發(fā)生過多次，嚴(yán)重影響了對生產(chǎn)系統(tǒng)的實時控制。故障事件列舉如表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)故障表

4 方案實施

措施1 控制器軟件版本升級

（1）原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份；

（2）檢查并測試當(dāng)前版本R500的各種功能；

（3）安裝自控商提供的升級程序；

（4）確認(rèn)系統(tǒng)軟件版本已升級為R201；

（5）測試各項功能，版本升級完成。

控制器軟件版本升級后，其功能如表2所示。

表2 升級前后系統(tǒng)功能

措施2 控制器、服務(wù)器分離（表3）。

表3 控制器、服務(wù)器分離實施步驟

控制器、服務(wù)器分離后，其效果見表4。

措施3 完善通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

實施步驟 服務(wù)器1、操作站增加一塊INTEL PRO千兆網(wǎng)卡，同時增加一個集線器，并編寫腳本實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動切換。實施前后服務(wù)器的照片如圖1，通訊網(wǎng)絡(luò)的對比見圖2。

實施后，小組成員進(jìn)行了效果檢查，見表5。而DCS長周期運(yùn)行的平均天數(shù)達(dá)到了189d（實施后的6個月時間內(nèi)）。

表4 控制器、服務(wù)器分離前后效果簡況

圖1 網(wǎng)卡安裝前后的對比

圖2 通訊網(wǎng)絡(luò)的對比示意圖

表5 通訊網(wǎng)絡(luò)完善前后網(wǎng)絡(luò)情況

5 結(jié) 語

中央控制室采用的Honeywell PKS系統(tǒng)，可實現(xiàn)高速緩存區(qū)的實時動態(tài)數(shù)據(jù)存取、報警／事件管理、報表報告生成等功能?？刂平M態(tài)軟件Control Builder為生成控制策略提供全套控制算法庫。流程圖組態(tài)軟件Display Builder用于創(chuàng)建基于HTML格式的操作員圖形界面。知識庫軟件Knowledge Builder提供基于HTML格式的在線幫助。

混合過程控制器的主要部件是控制處理器模件（CPM），包括機(jī)架、控制網(wǎng)絡(luò)通訊模件、控制處理器模件和可選的冗余模件等。CPM適用于廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，包括連續(xù)過程、批量過程、開關(guān)量運(yùn)算以及機(jī)械設(shè)備控制等各類型的控制。對于要求將調(diào)節(jié)控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應(yīng)用一體化的集成應(yīng)用，CPM是最理想的控制器?？刂乒δ苡煽刂扑惴◣焯峁?，控制算法庫由稱為功能（FunctionBlocks）的大量運(yùn)算模板構(gòu)成。先進(jìn)的圖形化的控制組態(tài)工具Control Builder，使得控制策略的生成和組態(tài)極其方便。Control Builder不僅應(yīng)用于組態(tài)控制策略，還可以將組態(tài)好的控制策略下裝至控制器以及進(jìn)行在線監(jiān)控和在線修改。

混合過程控制器支持控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet的互操作性，可以和llen－Bradley公司的PLC－5／C，Logix 555x，以及其他ControlNet設(shè)備經(jīng)由ControlNet進(jìn)行通訊。這樣，完整地集成了高速邏輯控制和過程控制。

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