淺析灌區(qū)控制系統(tǒng)的改造

姜炳義 談敦國(guó) 楊月

摘要：原料罐區(qū)由碳五罐區(qū)和輕烴罐區(qū)組成，由于建設(shè)時(shí)間不同，控制系統(tǒng)為S7-300和S7-400的兩套PLC控制系統(tǒng)，系統(tǒng)故障率高，維護(hù)保運(yùn)難度大。通過(guò)改造為國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)，從整體上提高了控制系統(tǒng)的可靠性，降低了故障率、維護(hù)成本和難度，也為后繼改造擴(kuò)容打好了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC，改造，DCS

1.前言

原料罐區(qū)為配套大乙烯項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)建成四具4000m3的球罐，后因生產(chǎn)需要，又建成6具2000m3的球罐。原料罐區(qū)的原料主要是外部采購(gòu)，由汽車和火車?yán)\(yùn)、以及煉油廠管線送來(lái)。為乙烯裝置、匯豐公司和樹脂廠提供原料。

2.控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

碳五罐區(qū)所采用的是西門子的S7-300控制系統(tǒng)，輕烴罐區(qū)是西門子的S7-400。碳五罐區(qū)的S7-300為非冗余控制系統(tǒng);輕烴罐區(qū)的S7-400控制系統(tǒng)CPU冗余，卡件不冗余。2013年，原料罐區(qū)卸車系統(tǒng)改造，新增4臺(tái)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的聯(lián)鎖控制由控制柜實(shí)現(xiàn)，模擬信號(hào)分別進(jìn)入到碳五的控制系統(tǒng)和輕烴的控制系統(tǒng)并新增1臺(tái)操作站。集成商在施工中由于新操作站和原操作站型號(hào)不同，重新組態(tài)操作畫面工作量大，所以只在新增操作站上對(duì)卸車系統(tǒng)的I/O點(diǎn)所涉及到的畫面進(jìn)行了操作畫面組態(tài)，原系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

2.1原控制系統(tǒng)自建設(shè)投產(chǎn)10多年一直未對(duì)操作站進(jìn)行過(guò)升級(jí)改造，操作站故障率高，經(jīng)常死機(jī)，重啟時(shí)費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，需要多次啟動(dòng)。

2.2各操作畫面顯示的數(shù)據(jù)不一致，碳五的操作畫面能看到輕烴的數(shù)據(jù)，輕烴的操作站看不到碳五的數(shù)據(jù);

2.3各操作站的操作畫面不一致，操作畫面的數(shù)量也不一樣多，卸車系統(tǒng)改造所上的16：9的操作站和原來(lái)的3臺(tái)操作站畫面相差太多;

2.4原控制系統(tǒng)沒(méi)有電源柜，電源配置亂，系統(tǒng)電源和現(xiàn)場(chǎng)電源混用;

2.5機(jī)柜間面積狹小，布置了太多的柜子，且大小不一，不規(guī)范，給維護(hù)工作也帶來(lái)很大的不便。

2.6原系統(tǒng)已無(wú)備用點(diǎn)，不能滿足后期改造的需要。

2.7控制系統(tǒng)不統(tǒng)一，卸車壓縮機(jī)為繼電器實(shí)現(xiàn)的硬接線控制。

3.改造項(xiàng)目的確立和改造方案的確定

為徹底消除控制室存在的安全隱患及儀表控制系統(tǒng)存在的生產(chǎn)隱患，確保工藝操作人員的安全生產(chǎn)和儀表控制系統(tǒng)穩(wěn)定無(wú)故障運(yùn)行，決定對(duì)原料車間控制室進(jìn)行移位、控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。將西門子控制系統(tǒng)和壓縮機(jī)繼電器的硬接線控制系統(tǒng)統(tǒng)整合改造為1套控制系統(tǒng)的總體方案，保留壓縮機(jī)控制盤上的工藝故障報(bào)警燈和緊急停車及故障報(bào)警復(fù)位功能。

對(duì)原料車間儀表檢測(cè)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)工藝單元確定了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際儀表檢測(cè)點(diǎn)數(shù)AI：128，AO：15，DI：193，DO：125

3.1控制系統(tǒng)的改造方案：

3.1.1新上一套國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)，所有軟、硬件全部新上。

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行招標(biāo)，最終杭州和利時(shí)的MACS V6.5.2 DCS控制系統(tǒng)成為本次改造新上的控制系統(tǒng)。

3.2 和利時(shí)MACS V6 DCS系統(tǒng)有以下優(yōu)越性：

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、在線參數(shù)同步、強(qiáng)制功能方便可靠、下裝類別無(wú)區(qū)分、在線增刪模塊、兼容性更高、穩(wěn)定性高、可靠的控制器和高速的網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)應(yīng)用豐富、獨(dú)特，根據(jù)不同的行業(yè)建立了不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、組態(tài)簡(jiǎn)單容易，并支持多個(gè)人員進(jìn)行同時(shí)組態(tài)操作。

3.3 儀表信號(hào)轉(zhuǎn)移方案

3.3.1將原控制室作為中間接線端子柜，將所有信號(hào)從舊控制室敷設(shè)新電纜到新控制室。

3.3.2將原控制室作為中間接線端子柜，將碳五罐區(qū)和電氣來(lái)的信號(hào)從中間接線柜敷設(shè)電纜到新控制室，輕烴罐區(qū)、壓縮機(jī)單元和卸車單元的儀表信號(hào)電纜從橋架（匯線槽）抽回輻射到新控制室。

3.3.3在舊控制室外新上10個(gè)防爆中間接線箱，將碳五和電氣的信號(hào)通過(guò)中間接線箱轉(zhuǎn)移到新控制室，其余電纜從橋架（匯線槽）抽回輻射到新控制室。

設(shè)計(jì)通過(guò)預(yù)算比較，方案如下：

儀表信號(hào)轉(zhuǎn)移方案是在原控制室設(shè)置中間接線柜，將碳五罐區(qū)和電氣來(lái)的信號(hào)在中間接線柜轉(zhuǎn)接，輕烴罐區(qū)、壓縮機(jī)單元和卸車單元的信號(hào)將電纜從匯線抽回，敷設(shè)到新控制室。

4.改造工作的實(shí)施

根據(jù)和利時(shí)DCS系統(tǒng)1臺(tái)控制站的控制規(guī)模，本次改造只需要1臺(tái)控制站，因此，新的DCS控制系統(tǒng)主要包含六面機(jī)柜：控制柜、繼電器柜、安全柵柜、電源柜、KVM柜和信號(hào)端子柜。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

4.1 DCS系統(tǒng)的安裝及接線

系統(tǒng)柜安裝到新建的控制室機(jī)柜間，并同廠家和施工單位一起對(duì)機(jī)柜間電纜進(jìn)行敷設(shè)和連接后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上電調(diào)試。首先是通道實(shí)驗(yàn)，其次是PID調(diào)節(jié)回路試驗(yàn)和邏輯實(shí)驗(yàn)。所有通道調(diào)試合格后進(jìn)行系統(tǒng)邏輯試驗(yàn);原料罐區(qū)PID調(diào)節(jié)回路只有9個(gè)回路，但在PLC系統(tǒng)中工藝人員都是手動(dòng)操作，沒(méi)有投過(guò)自動(dòng)，DCS系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)回路成熟，投用也很簡(jiǎn)單。原料罐區(qū)的邏輯除了球罐液位高低聯(lián)鎖外，就主要是C-1001A/B和C-1001E/F壓縮機(jī)的聯(lián)鎖，A/B壓縮機(jī)的聯(lián)鎖在原PLC系統(tǒng)中有成型的;E/F壓縮機(jī)的聯(lián)鎖是繼電器實(shí)現(xiàn)的硬線聯(lián)鎖，有壓縮機(jī)廠家的硬線邏輯，系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)也沒(méi)有出邏輯圖，需要我們自己根據(jù)廠家的硬接線邏輯在DCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)。為保證壓縮機(jī)操作人員對(duì)原C-1001E/F壓縮機(jī)的操作習(xí)慣，壓縮機(jī)原有控制盤的報(bào)警、緊急停車、聯(lián)鎖確認(rèn)、試燈和復(fù)位按鈕又上了一臺(tái)輔助操作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些功能也要在DCS中組態(tài)實(shí)現(xiàn)。

4.2 DCS組態(tài)實(shí)現(xiàn)及調(diào)試

4.2.1 PID調(diào)節(jié)功能組態(tài)如下圖：

4.2.2 利用MOT2實(shí)現(xiàn)C-1001E壓縮機(jī)的邏輯組態(tài)如下（停車邏輯）：

4.2.3 到輔操臺(tái)的壓縮機(jī)報(bào)警邏輯：

經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試，各PID塊調(diào)節(jié)功能、報(bào)警、聯(lián)鎖的復(fù)位試驗(yàn)及聯(lián)鎖功能完全滿足要求，具備了儀表信號(hào)從舊控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的條件。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)移

原料罐區(qū)在整個(gè)施工過(guò)程中一直在接、送料和卸車，生產(chǎn)廠要求每天轉(zhuǎn)移的信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)當(dāng)天要全部在DCS系統(tǒng)中顯示正常，滿足工藝讀取數(shù)據(jù)和操作，所以在DCS系統(tǒng)完全調(diào)試合格后，開始對(duì)儀表檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，我們的原則是在新系統(tǒng)中接一組點(diǎn)，儀表信號(hào)就要正常顯示一個(gè)點(diǎn)。

信號(hào)電纜需要抽拉回新控制室的任務(wù)是需要最先開始的，我們根據(jù)每根電纜上的信號(hào)多少和信號(hào)所在的工藝單元，確定第二天需要轉(zhuǎn)移的儀表信號(hào)，早上在控制室通過(guò)再次核定后再開始施工。

因?yàn)樘嘉骞迏^(qū)的控制柜仍在運(yùn)行，在將儀表信號(hào)電纜抽拉至新控制室的同時(shí)，相關(guān)的電氣信號(hào)也要在原端子上連接完成，不然轉(zhuǎn)到DCS系統(tǒng)中的工藝泵或壓縮機(jī)就不能在DCS系統(tǒng)中完全控制，這部分電氣信號(hào)又要在碳五的信號(hào)轉(zhuǎn)移完、PLC系統(tǒng)停運(yùn)，控制柜布置成中間接線柜后進(jìn)行了二次轉(zhuǎn)移。

經(jīng)過(guò)精心組織施工，整個(gè)儀表信號(hào)轉(zhuǎn)移工作有序進(jìn)行，沒(méi)有引起生產(chǎn)的任何波動(dòng)。

5.結(jié)論

DCS控制系統(tǒng)將原西門子S7-300、S7-400系統(tǒng)和壓縮機(jī)繼電器實(shí)現(xiàn)的硬接線系統(tǒng)整合在了一套系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置了KVM柜、電源柜、繼電器柜、安全柵柜和端子柜。將系統(tǒng)電源和現(xiàn)場(chǎng)電源完全分開，而且擴(kuò)大了儀表測(cè)量點(diǎn)的容量。為近期正在進(jìn)行的“乙烯廠原料車間接卸儲(chǔ)存設(shè)施優(yōu)化改造”項(xiàng)目和“乙烯廠汽車卸車靜電導(dǎo)除設(shè)施改造”項(xiàng)目做好了前期準(zhǔn)備，為罐區(qū)擴(kuò)大生產(chǎn)和提高卸車率提供了更大的方便和安全保障。增加了OPC組態(tài)軟件，完成了計(jì)量部計(jì)量數(shù)據(jù)上傳工作。

DCS控制系統(tǒng)組態(tài)方便、維護(hù)較PLC系統(tǒng)簡(jiǎn)單，故障率也低，由于是國(guó)產(chǎn)DCS，所以維護(hù)成本也會(huì)低于原PLC系統(tǒng)，維護(hù)也容易上手。

工藝操作簡(jiǎn)單方便，PID調(diào)節(jié)回路也容易投用，更有利于工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定。