橫河DCS系統(tǒng)與APC接口的實(shí)現(xiàn)方法

肖健

摘 要 近年來國內(nèi)外石油化工行業(yè)以增加產(chǎn)品收率、降低原料和動力消耗，保證生產(chǎn)裝置的優(yōu)化和安全平穩(wěn)運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，對裝置配套先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC），給生產(chǎn)裝置帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。文章通過先進(jìn)控制技術(shù)軟件和DCS控制系統(tǒng)連接接口的原理和實(shí)現(xiàn)方法的研究，并以大慶石化分公司全密度裝置采用的橫河公司CS3000控制系統(tǒng)和美國Univation公司的先進(jìn)控制軟件接口連接為實(shí)例，介紹先進(jìn)控制軟件與DCS系統(tǒng)接口的原理及實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞 先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）；DCS系統(tǒng)；接口；實(shí)現(xiàn)方法

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0052-01

國內(nèi)的全密度裝置很多都采用Univation公司的UNIPOL PE技術(shù)，包括引進(jìn)相應(yīng)的先進(jìn)過程控制（APC）系統(tǒng)。中國石油大慶石化分公司全密度裝APC是目前國內(nèi)正在投用的最先進(jìn)、最新型的系統(tǒng)。通過實(shí)施先進(jìn)控制，可以改善過程動態(tài)，減少過程變量的波動幅度，使之能更接近其優(yōu)化目標(biāo)值，從而使生產(chǎn)裝置在接近其約束邊界條件下運(yùn)行，最終達(dá)到增強(qiáng)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高目標(biāo)產(chǎn)品收率等目的。但是我們面臨的同一個(gè)問題就是APC和DCS這兩個(gè)系統(tǒng)是如何銜接的。雖然各個(gè)廠家DCS系統(tǒng)和先進(jìn)控制軟件不盡相同，但兩者接口的實(shí)現(xiàn)方法卻是大同小異。

1 APC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用OPC服務(wù)器完成APC與DCS的數(shù)據(jù)交換，即在Univation公司的APC服務(wù)器上安裝MatriconOPC服務(wù)軟件的Client端，在橫河公司CS3000系統(tǒng)的OPC服務(wù)器上安裝MatriconOPC服務(wù)軟件的Server端，通過OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)APC與DCS的數(shù)據(jù)交換。實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)啟動OPC服務(wù)進(jìn)程，APC軟件通過自帶的OPC客戶模塊與DCS網(wǎng)絡(luò)上的OPC服務(wù)器相連，通過OPC服務(wù)器讀取最新的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，并將輸出數(shù)據(jù)送給OPC服務(wù)器，再由OPC服務(wù)器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送上相應(yīng)的控制模塊。采用OPC通訊方式最大優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，不需要修改DCS的原有組態(tài)。

2 具體實(shí)施步驟

下面以全密度裝置的一個(gè)控制回路FIC4001-1為例，具體說明APC與DCS之間的接口是如何實(shí)現(xiàn)的。

2.1 基礎(chǔ)工作

首先在橫河CS3000系統(tǒng)中建立PID模塊FIC4001-1并下裝主程序，使操作工能夠?qū)υ摶芈愤M(jìn)行手動/自動操作。根據(jù)上文所述APC服務(wù)器可以通過OPC服務(wù)器和橫河底層數(shù)據(jù)庫相連，這樣APC服務(wù)器就可以讀取到DCS數(shù)據(jù)庫中的任何數(shù)據(jù)。然后在DCS系統(tǒng)中建立一個(gè)寄存器模塊（BUF），該寄存器模塊可以記錄16個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)，將APC需要的FIC4001-1的相關(guān)參數(shù)如當(dāng)前值（PV），設(shè)定值（SV），輸出值（MV）等寄存在當(dāng)中，供APC讀取使用。

2.2 原理及實(shí)現(xiàn)方法

1）APC控制的建立及脫離的過程。在APC沒有投用的時(shí)候，PID控制模塊FIC4001-1可以由操作工進(jìn)行常規(guī)的手自動切換及SV及MV的設(shè)定。APC投用的先決條件是FIC4001-1能夠投自動，即控制模式處在AUT位置。這個(gè)模式可以通過表1中的變量傳遞給APC。操作工通過操作面板發(fā)送給APC請求信號（REQUEST），APC如果各方面條件都具備將會返給DCS一個(gè)“握手”信號（ACCEPT），DCS接到這個(gè)信號后，將會把控制模式切換到APC遠(yuǎn)程串級模式（RCAS），這樣整個(gè)PID回路就處于APC軟件的控制之下了，當(dāng)操作工不需要APC控制時(shí)，通過操作面板將PID回路的控制模式改為自動模式，這時(shí)APC將會向DCS發(fā)送一個(gè)脫離控制請求信號（SHED），DCS接到此信號后將脫離APC控制，PID回路又重新回到自動模式（AUT）。2）關(guān)于APC和DCS的“握手”原理。每個(gè)控制回路設(shè)計(jì)了DCS請求APC控制的信號（REQUEST）和來自APC確認(rèn)的APC已經(jīng)準(zhǔn)備好的信號（ACCEPT）?？刂苹芈穼⒂幸粋€(gè)可以接受的時(shí)間延遲，也就是要等待APC的ACCEPT信號的到來，通常是通過增加一個(gè)延時(shí)模塊來實(shí)現(xiàn)，作為DCS和APC握手的時(shí)間通常以秒為單位，這個(gè)值應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況而定，一般設(shè)定為30秒左右。還有一點(diǎn)值得注意的是，“握手”成功的先決條件是控制回路處在自動模式（AUT），并且“握手”成功后要在操作面板上進(jìn)行指示，失敗時(shí)也要有報(bào)警。3）關(guān)于APC脫離控制信號（SHED）。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生輸入輸出開路或控制模式改變或網(wǎng)絡(luò)通訊故障等APC認(rèn)為不能進(jìn)行投用的情況時(shí)，APC將請求脫離控制信號（SHED）發(fā)給DCS，DCS接到該信號后，將在那一時(shí)刻改變FIC4001-1的控制模式為自動（AUT）。并將在DCS上發(fā)出一個(gè)報(bào)警音提醒操作工注意。4）關(guān)于APC“看門狗”變量（WD）。變量（WD）即Watch Dog的縮寫，其作用及控制基理如下，當(dāng)APC在投用時(shí)，APC將發(fā)送一個(gè)以秒為單位的脈沖信號（WD）到DCS，此脈沖信號的脈寬為5秒，也就是說每隔5秒在0-1之間周期性跳變。DCS將監(jiān)視脈沖信號（WD）的變化。如果APC在投用時(shí)，這個(gè)脈沖周期性跳變，也就是說每隔5秒跳變一次，那么我們認(rèn)為APC的控制是正常和有效的，當(dāng)這一脈沖信號消失時(shí)，也就是說這個(gè)WD信號再不改變了處于常0或者常1，那么我們就認(rèn)為APC的通訊發(fā)生了故障，這時(shí)在DCS上將會產(chǎn)生一個(gè)WD故障的報(bào)警。5）在DCS中的實(shí)現(xiàn)。其中，F(xiàn)IC4001-1BUF是數(shù)據(jù)寄存器模塊；FIC4001-1M是FIC4001-1的模式記錄模塊，它將FIC4001-1的模式記錄并通過OPC服務(wù)器傳給APC；LC40011是一個(gè)邏輯塊用于實(shí)現(xiàn)APC與DCS間的握手邏輯及脫離邏輯和相關(guān)的報(bào)警信號；RL40011是一個(gè)比較模塊用于判斷APC的SHED和WD信號是否產(chǎn)生。

3 結(jié)束語

以上是一個(gè)實(shí)例，其它回路實(shí)現(xiàn)APC與DCS接口的方法是相同的，在這里不再一一贅述，通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，該方法的實(shí)施使APC投用高效穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)裝置的優(yōu)化和安全平穩(wěn)運(yùn)行，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率，給生產(chǎn)裝置帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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