簡(jiǎn)析化工控制系統(tǒng)優(yōu)化及管理

摘 要：文章通過(guò)對(duì)多倫煤化工控制系統(tǒng)供電、CPU負(fù)荷、通訊、控制方案等方面存在問(wèn)題的分析，結(jié)合行業(yè)設(shè)計(jì)、維護(hù)規(guī)范導(dǎo)則、各控制系統(tǒng)使用維護(hù)及功能模塊使用說(shuō)明最終優(yōu)化了化工系統(tǒng)，并通過(guò)測(cè)試及切換試驗(yàn)制定相應(yīng)的合理維護(hù)制度來(lái)保證系統(tǒng)健康優(yōu)良運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；優(yōu)化；性能試驗(yàn)；系統(tǒng)管理

中圖分類號(hào)：TE966 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）20-0173-03

1 大唐多倫煤化工化工區(qū)控制系統(tǒng)的組成

化工控制系統(tǒng)是化工生產(chǎn)的指令部件，它對(duì)化工生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著不可估量的作用，優(yōu)化、管理控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。大唐多倫煤化工化工區(qū)控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)組成部分：

①大唐多倫煤化工工藝流程長(zhǎng)，包括6個(gè)主工藝裝置：空分裝置、煤氣化裝置、酸脫裝置、甲醇裝置、MTP裝置及PP裝置。

②整個(gè)煤基烯烴裝置由聯(lián)合控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行監(jiān)視和控制，包括：DCS、ESD/ITCC、PLC、輔控網(wǎng)、SIS等系統(tǒng)組成。

③全廠裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層，包括工廠信息管理網(wǎng)（MES）、本地控制網(wǎng)（通訊網(wǎng)）、萬(wàn)能控制網(wǎng)（UCN）等，具體見圖1全廠裝置系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

2 化工區(qū)控制系統(tǒng)優(yōu)化

設(shè)計(jì)初期控制系統(tǒng)處于雜、亂、散、功能發(fā)揮不全等問(wèn)題，依據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和控制導(dǎo)則對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析診斷、理念優(yōu)化18個(gè)方面的問(wèn)題，解決問(wèn)題的同時(shí)根據(jù)石油化工生產(chǎn)工藝SIL3級(jí)的要求，ESD系統(tǒng)所有軟硬件最終通過(guò)了TüV的AK6級(jí)認(rèn)證。

2.1 控制系統(tǒng)系統(tǒng)CPU負(fù)荷率優(yōu)化

①凈化和MTP裝置主系統(tǒng)DCS的CPU負(fù)荷率超過(guò)70%，增加控制器，平衡各控制器的負(fù)荷率，經(jīng)優(yōu)化后，各控制器的負(fù)荷率不超過(guò)45%。

②空分界區(qū)ITCC控制系統(tǒng)負(fù)荷率優(yōu)化。增加PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空冷系統(tǒng)風(fēng)機(jī)變頻控制功能同時(shí)降低ITCC系統(tǒng)的負(fù)荷，使空分三套ITCC控制系統(tǒng)得到優(yōu)化，提高了ITCC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性。

③預(yù)干燥界區(qū)MODICON PLC系統(tǒng)CPU負(fù)荷率優(yōu)化。預(yù)干燥界區(qū)三套工藝裝置共用一套MODICON PLC系統(tǒng)，配置為一對(duì)冗余的CPU，負(fù)荷率過(guò)高同時(shí)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障三套工藝裝置全部無(wú)法控制和監(jiān)視，將中斷給下游煤氣化裝置的供煤，新增2套CPU及其附屬設(shè)備，將三套工藝裝置的控制與監(jiān)視分控制器控制，實(shí)現(xiàn)分散控制，既降低了單個(gè)PLC系統(tǒng)CPU的負(fù)荷率，也實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)分散。

2.2 使用合理可靠的通訊方式，提高控制系統(tǒng)之間通訊

可靠性

①對(duì)于控制系統(tǒng)之間的通訊點(diǎn)采取聯(lián)鎖保護(hù)優(yōu)化為硬接線、DCS只允許從ESD系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)禁止向ESD系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)，即通訊不能用于聯(lián)鎖跳車的原則。

②控制系統(tǒng)內(nèi)部控制器之間的通訊點(diǎn)采取聯(lián)鎖保護(hù)優(yōu)化為硬接線。

③取消小型（I/O點(diǎn)數(shù)僅有幾點(diǎn)或幾十點(diǎn)）PLC，直接進(jìn)入DCS控制，免除了與DCS之間的通訊，降低通訊負(fù)荷同時(shí)解決了MODBUS通訊的非冗余性，提高了控制的可靠性，也克服了MODBUS通訊的距離限制。

④參與ESD緊急停車同時(shí)又在DCS參與控制的信號(hào)，均采用一拖二安全柵實(shí)現(xiàn)信號(hào)安全傳輸。否則采用通訊或按ESD優(yōu)先的原則從ESD輸出后送入DCS顯示。

2.3 重要壓縮機(jī)增加操作站，提供全面監(jiān)視和控制

重要壓縮機(jī)分別在現(xiàn)場(chǎng)控制室和中央控制室增加操作站，給工藝操作人員提供具有全面的監(jiān)視和控制功能，并實(shí)現(xiàn)中央控制控制室的遠(yuǎn)程控制功能。

2.4 統(tǒng)一各控制系統(tǒng)時(shí)鐘源，與GPS時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步

①統(tǒng)一化工區(qū)DCS系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能。全廠所有DCS系統(tǒng)使用一個(gè)時(shí)鐘源，即在中央控制室配置GPS時(shí)鐘，利用Honeywell LCN網(wǎng)絡(luò)載入時(shí)鐘信號(hào)，同步了中控室所有操作站，通過(guò)光纖將時(shí)鐘信號(hào)廣播至現(xiàn)場(chǎng)各界區(qū)DCS系統(tǒng)，完成現(xiàn)場(chǎng)DCS各設(shè)備的同步。

②實(shí)現(xiàn)和統(tǒng)一化工區(qū)各ITCC系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能。ITCC和ESD系統(tǒng)在各界區(qū)獨(dú)立配置GPS時(shí)鐘源，即在現(xiàn)場(chǎng)控制室配置GPS時(shí)鐘系統(tǒng)，通過(guò)以太網(wǎng)分別接入ITCC、ESD系統(tǒng)完成時(shí)鐘同步。

③PLC則采用通訊的方式實(shí)現(xiàn)了同步。

2.5 提升中央控制室控制和監(jiān)視功能，各裝置實(shí)現(xiàn)一體

化控制

①優(yōu)化中央控制室輔助操作臺(tái)的功能設(shè)計(jì)，在各裝置原有輔助操作臺(tái)新增加部分重要設(shè)備的緊急停車按鈕，提升輔助操作臺(tái)的安全性、可靠性，滿足工藝操作人員遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)緊急停車的目的。

②利用系統(tǒng)擴(kuò)展功能，建立系統(tǒng)權(quán)限令牌，規(guī)定中央控制室高于現(xiàn)場(chǎng)控制室的操作權(quán)限。

③為適應(yīng)中央控制室與現(xiàn)場(chǎng)控制室遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸?shù)囊?，特別配置了Tricon TMR遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，使中央控制室與現(xiàn)場(chǎng)控制室之間的信號(hào)以三重化I/O BUS的形式傳輸，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。在遠(yuǎn)程機(jī)架的配置方案中，遵循生產(chǎn)實(shí)際要求，采用一對(duì)一的配置方式，即中央控制室中的一套主系統(tǒng)將在現(xiàn)場(chǎng)控制室中配置一套獨(dú)立的遠(yuǎn)程機(jī)架。最終通過(guò)了TüV的AK6級(jí)認(rèn)證。

④整合公用工程控制系統(tǒng)和全廠電氣設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中央控制室集中操作與監(jiān)視。

2.6 優(yōu)化控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)，提升控制系統(tǒng)的安全性

檢查評(píng)估控制系統(tǒng)UPS電源可靠性，對(duì)存在隱患的UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化。存在問(wèn)題的電源系統(tǒng)主要為以下五類。

①多套控制系統(tǒng)共用一套UPS系統(tǒng)?？辗秩譊CS系統(tǒng)及ITCC控制系統(tǒng)共用一套UPS電源系統(tǒng)。

②部分控制系統(tǒng)的UPS電源無(wú)冗余配置，為單路。

③部分控制系統(tǒng)的UPS電源雖然配置了兩套UPS電源，但配置結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)冗余機(jī)構(gòu)；

④部分控制系統(tǒng)自配的小型UPS雖然配置了冗余電源系統(tǒng)，但電源切換裝置的切換時(shí)間不能到達(dá)控制系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間。

⑤所有UPS電源的工作狀態(tài)及方式、報(bào)警等參數(shù)未進(jìn)入相應(yīng)控制系統(tǒng)中顯示其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，不能實(shí)時(shí)監(jiān)視UPS的工作狀態(tài)。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出了UPS個(gè)性改造方案，最終使控制系統(tǒng)電源實(shí)現(xiàn)雙路冗余配置，并且各套系統(tǒng)UPS電源相互獨(dú)立且主參數(shù)顯示記錄。

2.7 全廠大機(jī)組、重要裝置的聯(lián)鎖保護(hù)優(yōu)化

化工各界區(qū)的單點(diǎn)保護(hù)項(xiàng)目和二取二保護(hù)項(xiàng)目或三取二三點(diǎn)共用一張板卡等不合理保護(hù)項(xiàng)目?jī)?yōu)化為三取二（分板卡使用）保護(hù)功能。

2.8 優(yōu)化邏輯控制、報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的控制和

監(jiān)視

①控制邏輯旨為實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的控制和監(jiān)視，其設(shè)計(jì)的依據(jù)是工藝控制要求。但如果能在工藝控制要求的基礎(chǔ)上盡可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，是自動(dòng)化設(shè)計(jì)追求的理念。這類優(yōu)化在各裝置控制系統(tǒng)調(diào)試、投運(yùn)前基本完成。

②重要裝置、重要機(jī)組增加跳閘首出邏輯。增設(shè)重要機(jī)組、重要裝置跳閘首出邏輯，目前所有重要機(jī)組、重要裝置在相應(yīng)的控制系統(tǒng)均完成了跳閘首出功能。

③控制系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化。設(shè)計(jì)之初，控制系統(tǒng)的報(bào)警類型、項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)多，報(bào)警信號(hào)頻發(fā)，卻不能及時(shí)引起重視或發(fā)現(xiàn)。根據(jù)工藝過(guò)程要求，優(yōu)化了大量的報(bào)警系統(tǒng)，減少了數(shù)量，優(yōu)化了質(zhì)量，同時(shí)每臺(tái)操作站還增加了聲光功能，使報(bào)警系統(tǒng)能更好的為工藝人員起到提醒作用。

3 控制系統(tǒng)的管理與性能試驗(yàn)

①控制系統(tǒng)定期維護(hù)及定期性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早改造優(yōu)化，防患于未然。首先，制定控制系統(tǒng)性能試驗(yàn)方案。為了檢驗(yàn)控制系統(tǒng)的性能，制定了控制系統(tǒng)的性能試驗(yàn)方案。控制系統(tǒng)的性能試驗(yàn)主要包括：冗余電源切換試驗(yàn)、控制器冗余切換試驗(yàn)、冗余I/O模件切換試驗(yàn)、控制網(wǎng)冗余切換試驗(yàn)、以太網(wǎng)冗余切換試驗(yàn)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性響應(yīng)試驗(yàn)、控制器負(fù)荷率測(cè)試、通訊負(fù)荷率測(cè)試、畫面切換響應(yīng)時(shí)間等。其次，定期做控制系統(tǒng)性能試驗(yàn)。2010年儀控專業(yè)對(duì)化工界區(qū)的DCS、ESD、ITCC、PLC控制系統(tǒng)分別作了相應(yīng)的性能試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了5項(xiàng)問(wèn)題，之后對(duì)5項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行了整改，驗(yàn)收合格。通過(guò)性能試驗(yàn)一則檢驗(yàn)了控制系統(tǒng)的性能、二則發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，消除了隱患，避免在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，危及到工藝裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。為了定期檢驗(yàn)控制系統(tǒng)的性能，儀控專業(yè)要求各界區(qū)每逢大小修期間，將控制系統(tǒng)的性能試驗(yàn)做為常規(guī)檢修項(xiàng)目。再次，控制系統(tǒng)CPU后備電池定期更換?？刂葡到y(tǒng)CPU后備電池的作用是保障在控制系統(tǒng)失電后，避免CPU中的程序在短期內(nèi)不致丟失?？刂葡到y(tǒng)的CPU后備電池在線時(shí)間超過(guò)2～3 a后須更換新電池?；^(qū)大部分控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間截止到2010年6月，已投運(yùn)超過(guò)3 a，也即這些控制系統(tǒng)的CPU后備電池在線時(shí)間超過(guò)3 a，需更換。因此儀控專業(yè)將全廠的CPU后備電池在2010年9月進(jìn)行了全部更換，消除后備電池能量不足可能給控制系統(tǒng)造成的隱患。并且在DCS系統(tǒng)維護(hù)管理制度中明確規(guī)定，所有控制系統(tǒng)的CPU后備電池每三年更換一次。

②使用制度管理進(jìn)一步保證控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。為了確保人為因素危及到控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，以及巡檢記錄不到位不能及時(shí)消除控制系統(tǒng)的故障等問(wèn)題，儀控專業(yè)制定了《電子間出入登記制度》、《工程師站出入登記制度》、《控制系統(tǒng)異常記錄制度》、《控制系統(tǒng)定期備份制度》、《控制系統(tǒng)密碼管理制度》、《控制系統(tǒng)日常巡檢制度》、《控制系統(tǒng)定期試驗(yàn)及測(cè)試制度》、《控制系統(tǒng)CPU電池定期更換制度》、《控制系統(tǒng)失靈緊急預(yù)案》等。并且嚴(yán)格執(zhí)行公司制定的《聯(lián)鎖保護(hù)投退制度、置數(shù)及其恢復(fù)制度》。這些制度執(zhí)行使“人為因素”造成控制系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蚴鹿实膸茁驶具_(dá)到可控在控。

4 結(jié) 語(yǔ)

化工區(qū)控制系統(tǒng)的優(yōu)化通過(guò)了性能測(cè)試，達(dá)到了優(yōu)化圖標(biāo)，通過(guò)制度化管理約束人的行為，勢(shì)在必行?？刂葡到y(tǒng)的優(yōu)化包含系統(tǒng)性能優(yōu)化和控制水平優(yōu)化，控制水品優(yōu)化提高集散控制水平及自動(dòng)化水平，減少由于人工操作造成的失誤，減少由于控制能力造成的停工、停產(chǎn)及事故發(fā)生，提高自動(dòng)化水平的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減人增效，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化；控制系統(tǒng)性能優(yōu)化提高了控制系統(tǒng)的健康水平，從性能試驗(yàn)可以看到控制系統(tǒng)的自生是健康良好的。系統(tǒng)性能優(yōu)化和控制水平優(yōu)化保證了企業(yè)內(nèi)部所有裝置的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。應(yīng)用與實(shí)踐也能帶動(dòng)我國(guó)化工企業(yè)大型裝置自動(dòng)化水平和化工企業(yè)控制系統(tǒng)管理水平的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解懷仁.石油化工儀表控制系統(tǒng)選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.