運(yùn)用DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件提高裝置操作安全性的分析

齊文軍，張棟

（烏魯木齊石化公司 煉油廠，烏魯木齊 830019）

0 引言

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），即為集散控制系統(tǒng)，它運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)、圖形顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和過(guò)程管理的控制系統(tǒng)。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制和檢測(cè)，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令[1]。DCS體現(xiàn)了分散控制集中管理。

烏魯木齊石化公司煉油廠DCS系統(tǒng)共23套系統(tǒng)、種類7種，分別是霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)、橫河的CS3000系統(tǒng)、ABB的AC800M系統(tǒng)、FOXBORO的I/A系統(tǒng)、浙大中控JX-300X系統(tǒng)、和利時(shí)MACS系統(tǒng)、艾默生的PROVOX系統(tǒng)等。圖1為典型DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

石化煉油廠是一個(gè)長(zhǎng)周期不間斷的運(yùn)行企業(yè)，裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行是非常重要的，操作人員需要24h連續(xù)操作，因此系統(tǒng)操作的安全可靠合理是保證裝置安全操作的條件。本文通過(guò)介紹霍尼韋爾PKS系統(tǒng)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖、優(yōu)化操作面板、完善裝置過(guò)程報(bào)警管理來(lái)闡述裝置DCS操作的安全性和合理性。

1 實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

加熱爐是常減壓裝置的核心設(shè)備，同時(shí)也是裝置的主要耗能設(shè)備。目前常減壓裝置、蠟催裝置的DCS系統(tǒng)采用一套霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)均將裝置自產(chǎn)的初頂、常頂、減頂瓦斯直接作燃料進(jìn)入本裝置加熱爐燃燒，未進(jìn)行脫硫的瓦斯直接作為加熱爐燃料氣進(jìn)入加熱爐燃燒不符合現(xiàn)行的環(huán)保法規(guī)和節(jié)能要求，根據(jù)環(huán)保指標(biāo)和中石油股份公司加熱爐節(jié)能工作的要求，初常頂瓦斯罐分離出來(lái)的初、常頂瓦斯和減頂冷卻器EC-12分離出來(lái)的減頂瓦斯經(jīng)過(guò)瓦斯脫液罐，分別進(jìn)壓縮機(jī)K101、K102增壓后送至蠟催裝置的分餾塔頂油氣后冷器進(jìn)口或出口，進(jìn)煉廠系統(tǒng)瓦斯線進(jìn)行脫硫。為了保證瓦斯經(jīng)過(guò)分液罐排除后不帶液，不影響對(duì)后續(xù)瓦斯的使用，不會(huì)導(dǎo)致有毒氣體瓦斯隨著分液罐的切水排除，污染環(huán)境和保護(hù)壓縮機(jī)，DCS增加壓縮機(jī)K-101 K-102聯(lián)鎖，操作人員在流程圖看到的是動(dòng)態(tài)的邏輯關(guān)系，聯(lián)鎖投用，手動(dòng)停機(jī)是可以操作的。為了安全起見(jiàn)，操作時(shí)彈出對(duì)話框，經(jīng)過(guò)二次確認(rèn)后再將結(jié)果送出。聯(lián)鎖圖見(jiàn)圖2。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure

圖2 壓縮機(jī)K101聯(lián)鎖圖Fig.2 Compressor K101 interlock fi gure

使用PKS組態(tài)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能，可以運(yùn)用control module建立，從library中的LOGIC選取所需功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)圖2的邏輯關(guān)系，手動(dòng)停機(jī)和聯(lián)鎖投用使用FLAG塊，在下層完成邏輯后，將下層的邏輯圖繪制到流程圖上，增加動(dòng)態(tài)變色，當(dāng)邏輯的條件LRC1022或LRC1012、機(jī)組停狀態(tài)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，顯示黃色，用以提醒操作人員，當(dāng)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，顯示紅色。手動(dòng)停車為按鈕，當(dāng)操作人員需要手動(dòng)停車時(shí)，按此按鈕，會(huì)彈出對(duì)話框，詢問(wèn)是否需要此項(xiàng)操作，需要?jiǎng)t按確定，不需要?jiǎng)t按取消，確認(rèn)后此功能塊變紅，同時(shí)圖中的連接線變紅，以此提醒操作人員已完成手動(dòng)停機(jī)，在聯(lián)鎖投用的情況下，邏輯結(jié)果K101機(jī)組停機(jī)變紅，機(jī)組進(jìn)口閥XV1112關(guān)閉變紅，初頂瓦斯速斷閥HV1108打開變綠，常頂瓦斯速斷閥HV1109打開變綠。聯(lián)鎖投用也為按鈕，按此按鈕，會(huì)彈出對(duì)話框，詢問(wèn)是投用聯(lián)鎖還是切除，需要?jiǎng)t按確定，顯示為聯(lián)鎖投用，不需要?jiǎng)t按取消，顯示為聯(lián)鎖切除。當(dāng)條件滿足時(shí)，每個(gè)連接線變紅。結(jié)果部分K-101機(jī)組停機(jī)，XV1112關(guān)閉為紅色，HV1108打開，HV1109打開為綠色。這樣，聯(lián)鎖圖比較清晰，操作人員不會(huì)誤操作，以達(dá)到操作人員的操作可靠性。

在整個(gè)上層流程圖編輯中，只用繪圖工具按鈕的屬性進(jìn)行選擇、變色，這樣組態(tài)簡(jiǎn)單了，但操作不方便，流程圖上顯示的是將來(lái)要做的動(dòng)作，已經(jīng)完成的動(dòng)作不會(huì)顯示。比如已經(jīng)切除聯(lián)鎖，顯示為聯(lián)鎖投用，實(shí)際已經(jīng)切除聯(lián)鎖，這樣會(huì)讓人產(chǎn)生誤解，以為現(xiàn)在是聯(lián)鎖投用。為了操作清晰可靠，采用按鈕腳本，使用VB進(jìn)行編程，這樣每一次動(dòng)作在聯(lián)鎖圖上顯示的就是實(shí)際的情況，不會(huì)引起上層和下層不一致的情況，從而提高了操作的安全可靠性。

圖3 控制方案Fig.3 Control schem

圖4 操作面板Fig.4 Operation panel

2 優(yōu)化操作面板

常減壓、蠟催裝置有許多控制方案是需要操作人員在流程圖上進(jìn)行方案選擇，這就要求組態(tài)人員在組態(tài)控制方案時(shí)考慮無(wú)擾動(dòng)切換，使復(fù)雜的控制變得操作簡(jiǎn)單。因?yàn)樵诰o急情況下，人的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，如果控制方案的操作復(fù)雜容易出現(xiàn)錯(cuò)誤?？刂品桨敢?jiàn)圖3[2]。

此控制方案是下層組態(tài)的變頻泵控制，操作人員在流程圖需要進(jìn)行工頻控制、變頻控制的選擇，同時(shí)在出現(xiàn)波動(dòng)或異常時(shí)需要進(jìn)行手動(dòng)控制，這就要求組態(tài)方案是無(wú)擾動(dòng)控制，無(wú)論什么狀態(tài)下，輸出都不能出現(xiàn)波動(dòng)。

在組態(tài)時(shí)，運(yùn)用PKS系統(tǒng)提供的常規(guī)控制方案，使用PID，F(xiàn)ANOUT,和AUTOMAN功能塊。操作面板使用PKS提供的各類基本操作面板，通過(guò)VB編程，重新編制，使所有的操作在一個(gè)面板完成，操作人員只需在流程圖畫面點(diǎn)擊位號(hào)就調(diào)出編制的面板，進(jìn)行選擇，如圖4中，泵控制及閥控制使用按鈕進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇閥控制時(shí)，會(huì)在面板上顯示閥門自動(dòng)控制的提示，說(shuō)明目前操作選擇閥控制，同時(shí)在MD顯示CAS狀態(tài)，自動(dòng)將圖3的LM1202與上游LIC1202串聯(lián)起來(lái)，從而對(duì)調(diào)節(jié)閥LV1202進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)打到自動(dòng)或自動(dòng)打到手動(dòng)都是無(wú)擾動(dòng)的，操作人員無(wú)需考慮很多。合并所有的操作集中在一個(gè)操作面板進(jìn)行操作，見(jiàn)圖4[3]。

3 完善報(bào)警管理

圖5 報(bào)警組Fig.5 Alarm set

DCS系統(tǒng)的報(bào)警分為過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警，一般系統(tǒng)報(bào)警是通過(guò)系統(tǒng)在線的診斷軟件將DCS系統(tǒng)的硬件，網(wǎng)絡(luò)通訊的出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行報(bào)警。過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警是工藝參數(shù)出現(xiàn)了異常，如測(cè)量值達(dá)到報(bào)警限定值，測(cè)量回路出現(xiàn)開路等，用于提醒操作人員，調(diào)整操作恢復(fù)到正常值。

一般在組態(tài)時(shí)，從裝置工藝流程將重要的參數(shù)設(shè)置高高、高、低、低低報(bào)警，根據(jù)參數(shù)的重要性，按照級(jí)別優(yōu)先權(quán)或時(shí)間順序進(jìn)行排列，在開工初期或操作調(diào)整期，大部分操作參數(shù)都設(shè)有報(bào)警值，這樣在操作不穩(wěn)定時(shí)，會(huì)不停地出現(xiàn)參數(shù)報(bào)警。目前裝置都實(shí)行通崗操作，一個(gè)操作員同時(shí)監(jiān)控幾個(gè)崗位，在出現(xiàn)工藝波動(dòng)混亂的情況下每一分鐘只能處理一個(gè)報(bào)警，報(bào)警過(guò)多，會(huì)造成操作人員來(lái)不及查看，也容易引起忽略現(xiàn)象。

裝置設(shè)置過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警的目的是確保工廠的操作高效進(jìn)行,根據(jù)這個(gè)情況,在原蠟催裝置PKS系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，對(duì)裝置進(jìn)行各個(gè)工段的分類，一個(gè)工段中，將相互有關(guān)聯(lián)的參數(shù)為一組，按照參數(shù)重要性分等級(jí)，根據(jù)組態(tài)取出各個(gè)功能塊的報(bào)警標(biāo)志，在流程圖的下方或側(cè)面，增加按鈕，每個(gè)按鈕定義一個(gè)報(bào)警組，如圖5所示，再使用VB編程進(jìn)行編程，一旦檢測(cè)到有報(bào)警信息，按鈕變紅色，同時(shí)操作人員點(diǎn)擊報(bào)警按鈕可以進(jìn)行查看。

這樣進(jìn)行組態(tài)，可以對(duì)報(bào)警進(jìn)行有效的管理，操作人員迅速地找到報(bào)警點(diǎn)，有效地進(jìn)行處理，大大提高了操作的安全可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)利用PKS系統(tǒng)的組態(tài)功能及上層VB編程有效地結(jié)合進(jìn)行聯(lián)鎖組態(tài)、操作面板的優(yōu)化及報(bào)警分類管理的實(shí)現(xiàn)，大大提高了操作質(zhì)量，避免誤操作的可能性，從而達(dá)到保障安全生產(chǎn)及保障經(jīng)濟(jì)效益的目的。目前DCS系統(tǒng)沒(méi)有ESD系統(tǒng)具有較強(qiáng)的SOE事故事件分析功能，因此運(yùn)用DCS現(xiàn)有的功能開發(fā)，挖掘DCS資源，充分發(fā)揮DCS的作用也具有很大的意義。

[1]Honeywell公司PKS系統(tǒng)資料[Z].

[2]石油化工儀表自動(dòng)化培訓(xùn)教材編寫組.自動(dòng)控制基礎(chǔ)理論[M].北京:中國(guó)石化出版社,2009,07.

[3]楊忠寶,康順哲.VB語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:人民郵電出版社,2010,12.