充分利用DCS功能，提升預(yù)警能力

常山民，孫曉光，曾軍年，邱霞，殷愛軍

（新疆烏魯木齊石化分公司 化肥廠儀表車間，烏魯木齊 830019 ）

引言

中國石油天然氣集團公司烏魯木齊石化分公司化肥廠有4套主要生產(chǎn)裝置，總計年產(chǎn)合成氨75萬t、尿素130萬t，為全國最大的氮肥生產(chǎn)基地之一；其中第一合成氨裝置建成于1985年，設(shè)計能力為日產(chǎn)合成氨1000 t，年產(chǎn)合成氨30萬t。裝置包括空氣分離（4111）、氣化（4112）、碳黑回收（4113）、一氧化碳變換（4114）、酸性氣體脫除（4115）、液氮洗（4116）、氨合成（4117）、氨冷凍及儲存（4118）等8個主要工段。

2008～2010年，一合成裝置實施了原料油改氣及擴能增產(chǎn)50%的改造，主要包括新建20000Nm3/h的空分裝置，兩套氣化系統(tǒng)（包括天然氣壓縮、3套氣化原料氣脫硫）油改氣改造，新建CO變換（中、低變）、原有CO變換更換催化劑，新建MDEA脫碳，新建甲烷化，原有低溫甲醇洗系統(tǒng)改造，改造氨合成系統(tǒng)（包括合成氣壓縮機、合成塔及換熱系統(tǒng)）。全裝置于2010年改造完成，并于2010年10月打通全流程，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。生產(chǎn)能力達到日產(chǎn)合成氨1500 t，年產(chǎn)合成氨45萬t。

1 背景

烏魯木齊石化公司化肥廠一化裝置采用了日本橫河公司CENTUM-CS3000系統(tǒng) ，該系統(tǒng)由兩個域構(gòu)成，所有操作站通過雙冗余V-NET網(wǎng)與控制站連接，實現(xiàn)控制信息的讀取與傳遞；工程師站與操作站之間通過E網(wǎng)連接，實現(xiàn)信息的傳遞，CS3000系統(tǒng)實現(xiàn)的功能有：通過功能模塊實現(xiàn)工藝過程復(fù)雜控制，通過順控表實現(xiàn)空分等裝置的程序控置；通過MODBUS實現(xiàn)與ESD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)具有事件記錄功能可打印歷史趨勢和過程報告，分析事故事件。該系統(tǒng)功能強大，組態(tài)靈活，應(yīng)用方便，便于控制功能的實現(xiàn)。

2013年3月，因為一塊儀表伴熱凍，從而造成儀表指示一直畫直線，工藝操作時未發(fā)現(xiàn)該表故障，打開放空閥泄壓過大，造成停車。儀表凍結(jié)造成的指示畫直線屬于外部原因，儀表本身和DCS系統(tǒng)不能檢測到，所以不能產(chǎn)生報警提示。儀表車間計劃利用”李華山工作室”的優(yōu)勢資源，在DCS上開發(fā)出對儀表的指示畫直線進行預(yù)判，并及時發(fā)出報警信息的功能，提醒工藝操作人員及時判斷、及時處理，大大減少因儀表故障而造成的停車。

2 方案

判斷儀表指示是否畫直線，就需要對儀表的指示進行采樣，當(dāng)一段時間內(nèi)的采樣值都一樣時就認為儀表有凍凝的可能性，報警提示工藝人員。所以制定2種通過采樣判斷儀表畫直線的方法：

方案一：CS3000有一個數(shù)值批量數(shù)據(jù)采集塊BDA-L可以同時處理16個數(shù)據(jù)，在一個掃描周期內(nèi)同時監(jiān)視16塊儀表，這樣可以比較本周期內(nèi)的儀表的測量值與前一次的測量值是否一致，從而做出判斷該。當(dāng)本周期內(nèi)的儀表測量值等于前一周期的測量值時，立刻發(fā)出最新的報警信息，及時提醒工藝人員確認儀表的指示，并作出相應(yīng)的判斷。

具體實施方法是，由工藝技術(shù)員提供各工段的儀表位號，儀表按照DCS的控制站分類進行實施。下面以控制站FCS0103為例說明：

需要監(jiān)控的位號：4113-PIA-3 /4113-PIA-4/4113-LIA-8/4114-TIA-15/ 4114-LIA-3/ 4113-FIA-6 /4114-LIA-2 7塊儀表。首先在FCS0103控制站組態(tài)圖DR0046，增加數(shù)值批量數(shù)據(jù)采集塊BDA-L、13BDA001及13BDA002、13RL010、聯(lián)鎖塊13LC001。其中13BDA001及13BDA002均為數(shù)值批量數(shù)據(jù)采集塊可以同時監(jiān)控16通道，見圖1。

圖1 批量數(shù)據(jù)采集塊組態(tài)畫面Fig.1 Bulk data collection configuration screen

13RL010是RL功能塊，是將為了13BDA001的J01~J16通道數(shù)據(jù)和13BDA002的J01~J16通道數(shù)據(jù)做比較用,見圖2、圖3。

圖2 比較塊組態(tài)畫面Fig.2 Compares configuration screen

圖3 比較快調(diào)整畫面Fig.3 Adjusting the picture

13LC001是LC64功能塊，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)按周期采樣和比較后產(chǎn)生報警邏輯。假如當(dāng)13RL010功能塊中9個通道成立，即13BDA001通道1的數(shù)值等于13BDA002通道1的數(shù)值時13LC001就發(fā)出一條報警信息AN001表示4113-PIA-3數(shù)據(jù)沒有變化。其他報警信息類推即可見圖4。當(dāng)該功能塊中有任何一個條件成立時，均可發(fā)出相應(yīng)的報警信息。

圖4 LC64邏輯圖組態(tài)畫面Fig.4 LC64 logic configuration screen

方案二：CS3000系統(tǒng)的SFC功能塊是在CPU空閑時間運行的，不影響控制系統(tǒng)的負荷。并且它是利用SEBOL語言編輯的，類似于C語言，有很大的靈活性，利用它可以編制自己需要的功能。本文利用SFC塊編輯一個功能，對需要的儀表每隔一段時間采集一個數(shù)據(jù)（RAW值），共采集3個，然后用當(dāng)前值分別去與前面的值比較，當(dāng)偏差的絕對值都小于某個值時，認為此表凍結(jié)，出報警信息。程序分為三部分，第一部分是初始化，分配和定義參數(shù)，第二部分是數(shù)據(jù)采集，根據(jù)定義的時間間隔采集數(shù)據(jù)，第三部分是數(shù)據(jù)的運算，將當(dāng)前儀表指示與前面的采樣值進行相減，當(dāng)其中有一個相減的值大于偏差設(shè)定值就認為此表沒有凍結(jié)，反之就會觸發(fā)報警塊產(chǎn)生報警，采樣間隔和偏差值都可以自由設(shè)定。

圖5 SFC塊調(diào)整畫面Fig.5 SFC block adjustment screen

圖6 SFC塊邏輯畫面Fig.6 SFC logic pictures

3 方案比較及實施

將上述2個方案對比會發(fā)現(xiàn)方案二優(yōu)于方案一，首先方案二是利用采樣3個值和當(dāng)前值共4個值的指示來判斷儀表的畫直線，而方案一只是利用2次采樣值比較來判斷，容易出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象；第二方案的采樣塊及邏輯塊都需要占用CS3000系統(tǒng)的負荷，而方案二的SFC塊是在系統(tǒng)空閑時間運行的，完全不影響系統(tǒng)的負荷；第三采樣塊采集數(shù)據(jù)時保留的小數(shù)位很多并且無法設(shè)置，所以在邏輯塊中比較時相等條件基本達不到，就不能及時儀表畫直線發(fā)現(xiàn)問題報警。

按照方案二目前一合成已有41塊儀表完成變化率的報警的監(jiān)控。當(dāng)儀表指示不變化時立刻發(fā)出報警信息，及時提醒工藝操作人員，作出相應(yīng)的判斷，有力的減少因儀表故障停車的事故，同時減輕工藝監(jiān)屏。

圖7 SFC塊組態(tài)畫面Fig.7 SFC configuration screen

圖8 報警流程圖畫面Fig.8 Flow chart of warning screen

4 總結(jié)

橫河公司的CENTUM—CS3000系統(tǒng).一直都平穩(wěn)可靠，而且它的功能強大、應(yīng)用范圍廣、用戶操作界面友好，深受工藝操作人員及儀表維護人員的好評，是烏魯木齊公司化肥廠的主流 DCS系統(tǒng)。因此如何合理使用CENTUM—CS3000系統(tǒng)對系統(tǒng)進行有效組態(tài)，是保障故障率和誤操作減少的重要途徑。另外此項目不需現(xiàn)場及中控增加任何費用、充分利用CS3000的功能，就完全能實現(xiàn)畫直線儀表實時、在線的監(jiān)控報警，保障了裝置的平穩(wěn)運行。

[1]CS3000系統(tǒng)參考手冊[Z].