一線PVC聚合干燥及自備電廠DCS升級(jí)改造技術(shù)探討

梁寅祥，田建強(qiáng)，何歡歡，姜 蘇

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718199）

陜西金泰氯堿化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱陜西金泰）一線PVC10萬(wàn)t/a項(xiàng)目及自備電廠項(xiàng)目于2005年底建成投產(chǎn)。兩套裝置DCS均采用美國(guó)FOXBORO公司的分布式控制系統(tǒng)—I/A Series。該控制系統(tǒng)于項(xiàng)目投產(chǎn)初期在業(yè)界很具優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行13年，總體比較穩(wěn)定、安全。但是進(jìn)入2017年，各裝置工作站頻繁故障，導(dǎo)致消缺無(wú)備件可用，加之系統(tǒng)軟件漏洞增多，經(jīng)常出現(xiàn)工作站自動(dòng)重啟、畫面卡死或自動(dòng)調(diào)整大小、數(shù)據(jù)通訊卡滯等現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性方面存在重大隱患。鑒于此，生產(chǎn)部自控中心經(jīng)過(guò)周密計(jì)劃，利用公司2018年大修機(jī)會(huì)完成了一線PVC聚合干燥及自備電廠兩個(gè)裝置老DCS系統(tǒng)升級(jí)改造。通過(guò)近兩個(gè)月運(yùn)行觀察，改造后的新DCS系統(tǒng)可靠性、兼容性大大提高，不僅解決了DCS消缺無(wú)備件及系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等制約性問(wèn)題，更重要的是為公司安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供了有力保障，并為后期對(duì)其他老舊DCS系統(tǒng)升級(jí)改造提供了參考，具有重要指導(dǎo)意義。

1 DCS升級(jí)改造的必要性及改造思路

陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠老DCS系統(tǒng)運(yùn)行至2017年后開始暴露出各種問(wèn)題，雖然自控中心針對(duì)這些問(wèn)題做了大量補(bǔ)救性工作，但還是杯水車薪。鑒于情況緊急，自控中心立即聯(lián)系了上海?？怂共_有限公司，廠家回復(fù)：CP60控制器、DL370型工作站及RCNI/NCNI等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已停產(chǎn)，無(wú)法再提供備件支持，且不再提供老裝置DCS系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)，只能做DCS系統(tǒng)升級(jí)的打算。

根據(jù)陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠DCS的現(xiàn)狀（一線PVC聚合干燥DCS系統(tǒng)有2對(duì)控制器，自備電廠DCS系統(tǒng)有7對(duì)控制器），整體換型改造不現(xiàn)實(shí)，一是整體升級(jí)費(fèi)用十分昂貴，二是施工工期長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重影響公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃。自控中心積極和廠家進(jìn)行技術(shù)交流，并制定了陜西金泰DCS升級(jí)改造技術(shù)方案。方案明確了一線PVC聚合干燥整體升級(jí)改造，自備電廠局部改造，即先升級(jí)一對(duì)控制器。此方案完全可以在最省時(shí)、最經(jīng)濟(jì)的情況下達(dá)到既定升級(jí)改造要求。

2 升級(jí)前后DCS硬件配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 一線PVC聚合干燥升級(jí)前DCS硬件配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

一線PVC聚合干燥工作站型號(hào)為DL370，控制器型號(hào)為CP60，I/O卡件為FBM200系列，控制網(wǎng)絡(luò)為節(jié)點(diǎn)總線型。系統(tǒng)規(guī)模為控制器2對(duì)（聚合1對(duì)、干燥1對(duì)），冗余配置。一對(duì)24口以太網(wǎng)交換機(jī)，一對(duì)NCNI節(jié)點(diǎn)總線接口卡，2臺(tái)RCNI工作站接口卡，工作站7臺(tái)（操作員站6臺(tái)，工程師站1臺(tái)）。

系統(tǒng)主要矛盾：（1）I/O柜已無(wú)空位，卡件備用通道所剩不多，后期完全無(wú)擴(kuò)容可能；（2）數(shù)據(jù)通訊卡滯，網(wǎng)絡(luò)存在漏洞；（3）產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入淘汰期，廠家無(wú)法再提供備件支持和老系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)。升級(jí)前一線PVC聚合干燥DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1。

圖1 升級(jí)前一線PVC聚合干燥DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 自備電廠升級(jí)前DCS硬件配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

自備電廠工作站型號(hào)為DL370，控制器型號(hào)為CP60，I/O卡件為FBM200系列，控制網(wǎng)絡(luò)為節(jié)點(diǎn)總線型。系統(tǒng)規(guī)模為控制器7對(duì)（鍋爐3對(duì)、汽機(jī)2對(duì)、公用系統(tǒng)1對(duì)，電氣1對(duì)），冗余配置。一對(duì)24口以太網(wǎng)交換機(jī)，一對(duì)NCNI節(jié)點(diǎn)總線接口卡，7臺(tái)RCNI工作站接口卡，工作站9臺(tái)（操作員站7臺(tái)，工程師站和電氣工程師站各1臺(tái)）。

系統(tǒng)主要矛盾：（1）CP 負(fù)荷均高于 50%；（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在漏洞，系統(tǒng)報(bào)警不能徹底消除；（3）歷史庫(kù)點(diǎn)位即將滿位；（4）產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入淘汰期，廠家無(wú)法再提供備件支持和老系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)。升級(jí)前自備電廠DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2。

圖2 升級(jí)前自備電廠DCS網(wǎng)絡(luò)架約

2.3 一線PVC聚合干燥升級(jí)后DCS硬件配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

一線PVC聚合干燥工作站型號(hào)為H92，控制器型號(hào)為FCP280，I/O卡件利舊仍為FBM200系列，控制網(wǎng)絡(luò)為MESH網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)規(guī)模為：新型控制器2對(duì)（聚合1對(duì)、干燥1對(duì)），冗余配置。更新了一對(duì)24口以太網(wǎng)交換機(jī)。7臺(tái)新工作站通過(guò)冗余光纖接入信號(hào)。升級(jí)后一線PVC聚合干燥DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖3。

圖3 升級(jí)后一線PVC聚合干燥DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.4 自備電廠升級(jí)后DCS硬件配置及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

自備電廠升級(jí)后為新舊系統(tǒng)并存。4臺(tái)新的工作站型號(hào)為H92，#1鍋爐控制器型號(hào)為FCP280，I/O卡件利舊仍為FBM200系列，I/O卡件底板升級(jí)為新版，控制網(wǎng)絡(luò)為MESH網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)規(guī)模為：1對(duì)新型控制器通過(guò)ATS協(xié)議轉(zhuǎn)換器與6對(duì)舊版控制器并用。增加了一對(duì)24口以太網(wǎng)交換機(jī)，4臺(tái)新工作站（操作員站3臺(tái)，工程師站1臺(tái)）通過(guò)冗余光纖接入信號(hào)，5臺(tái)舊操作站通過(guò)RCNI工作站接口卡接入信號(hào)。升級(jí)后自備電廠DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖4。

圖4 升級(jí)后自備電廠DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 DCS升級(jí)要求

（1）該次DCS控制系統(tǒng)升級(jí)改造后保留原有DCS系統(tǒng)各站的所有功能（包括組態(tài)的控制策略、操作、顯示、報(bào)警、趨勢(shì)顯示、歷史趨勢(shì)和歷史數(shù)據(jù)顯示和查詢以及與其他控制系統(tǒng)的通訊、顯示等）。

（2）升級(jí)改造后，不得改變?cè)到y(tǒng)I/O卡件及通道的編號(hào)，保留原有I/O點(diǎn)數(shù)，CP負(fù)荷不高于50%，采用MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通訊速率不低于100 Mb/s。保證DCS控制系統(tǒng)升級(jí)改造后整個(gè)系統(tǒng)的完整性、可靠性、安全性。原系統(tǒng)電源采用1∶1冗余配置，對(duì)升級(jí)所涉及的機(jī)柜電源進(jìn)行評(píng)估，并保證升級(jí)后仍為1∶1配置，即使只有一路電源供電系統(tǒng)仍可保證DCS系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)接地原則上采用原DCS系統(tǒng)的接地系統(tǒng)。

（3）因原系統(tǒng)工作站DL370目前已經(jīng)停產(chǎn)，且故障率高，需要升級(jí)到最新主流型號(hào)的工作站H92。升級(jí)后的工作站的硬件和軟件應(yīng)具有高可靠性和容錯(cuò)性。對(duì)控制器（型號(hào)為CP60）需要升級(jí)至最新的控制器（型號(hào)為FCP280），容錯(cuò)（冗余）配置。

（4）控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要升級(jí)至新的MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制局域網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備容錯(cuò)（或冗余）配置，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有病毒防護(hù)措施[1]。

4 升級(jí)改造技術(shù)方案

（1）一線PVC聚合干燥裝置的兩對(duì)控制器（型號(hào)為CP60）升級(jí)為新控制器（型號(hào)為FCP280），控制器不再集中布置，升級(jí)后的控制器隨卡件柜布置。對(duì)卡件柜利舊改造，卡件底板更換為最新的FBM底板，原有卡件保留。兩對(duì)新控制器FCP280和7臺(tái)新工作站（操作員站6臺(tái)，工程師站1臺(tái)）均通過(guò)冗余光纖直接接入一對(duì)新的24口以太網(wǎng)交換機(jī)，形成冗余的MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（2）自備電廠計(jì)劃部分升級(jí)改造，即1#鍋爐DCS升級(jí)改造，其余機(jī)爐控制系統(tǒng)保留，最終為新舊系統(tǒng)并存模式。原1#鍋爐舊控制器CP6001拆除，空出的槽位插入一對(duì)ATS協(xié)議轉(zhuǎn)換器。舊控制器（型號(hào)為CP60）升級(jí)為新控制器（型號(hào)為FCP280），控制器不再集中布置，升級(jí)后的控制器隨卡件柜布置。對(duì)卡件柜利舊改造，卡件底板更換為最新的FBM底板，原有卡件保留。新控制器FCP280通過(guò)ATS協(xié)議轉(zhuǎn)換器和剩余6臺(tái)舊CP60、4臺(tái)新工作站及5臺(tái)舊工作站（操作員站8臺(tái)，工程師站1臺(tái)）通過(guò)冗余光纖接入24口以太網(wǎng)交換機(jī)，形成冗余的MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5 兩套裝置DCS升級(jí)實(shí)施步驟

該次DCS升級(jí)改造計(jì)劃工期7天。施工前為了保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全，計(jì)劃在升級(jí)施工時(shí)進(jìn)行短時(shí)間的系統(tǒng)停電操作。DCS升級(jí)改造施工期間，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)將無(wú)法遠(yuǎn)程監(jiān)視，機(jī)泵、閥門無(wú)法遠(yuǎn)程控制，帶故障位調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)轉(zhuǎn)至故障位置。必須聯(lián)系裝置運(yùn)行人員提前做好DCS系統(tǒng)停電前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急準(zhǔn)備工作。自控中心相關(guān)負(fù)責(zé)人全程監(jiān)督、指導(dǎo)，各裝置DCS專工高度配合FOXBORO廠家工程師，安全、高效完成DCS升級(jí)改造。具體實(shí)施步驟分硬件和軟件兩個(gè)部分。

5.1 硬件部分

（1）一線PVC聚合干燥及1#鍋爐I/O機(jī)柜做好清灰工作，并按要求做標(biāo)記；提前進(jìn)行電纜光纜鋪設(shè)，光纜熔接；

（2）新控制器（型號(hào)為FCP280）安裝；原有卡件柜改裝舊底板拆除，新底板安裝，卡件恢復(fù)；

（3）系統(tǒng)恢復(fù)、上電，檢測(cè)控制器、工作站及I/O卡件狀態(tài)，測(cè)試DCS主副電源及各設(shè)備工作情況。

5.2 軟件部分

（1）舊系統(tǒng)軟件備份，包括組態(tài)、畫面、系統(tǒng)定義盤等；

（2）根據(jù)新的系統(tǒng)定義，制作系統(tǒng)定義盤，并使用新的定義盤進(jìn)行工作站安裝；

（3）現(xiàn)有Unix平臺(tái)下畫面和邏輯轉(zhuǎn)換到Windows平臺(tái)；

（4）將系統(tǒng)原有組態(tài)以及功能恢復(fù)至Windows平臺(tái)后進(jìn)行調(diào)試以使系統(tǒng)原有功能在Windows平臺(tái)完整保留并且運(yùn)行正常。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次DCS升級(jí)改造，陜西金泰一線PVC聚合干燥及自備電廠1#鍋爐的DCS系統(tǒng)控制器、工程師站、操作員站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均升級(jí)為目前FOXBORO最新版本。不僅DCS工作站、通訊網(wǎng)絡(luò)性能大大提升，還解決了原有工作站、控制及通訊設(shè)備、I/O卡件停產(chǎn)造成備件采購(gòu)困難的問(wèn)題，最重要的是通過(guò)DCS升級(jí)改造增加了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，為金泰氯堿的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。