Experion PKS系統(tǒng)在聚乙烯裝置中的基本應(yīng)用

王小龍

(中國石化齊魯分公司運(yùn)行維護(hù)中心，山東 淄博 255400)

1 工藝簡介

裝置采用GPE氣相流化床聚乙烯專利技術(shù)，具有流程短、投資省、操作費(fèi)用低、產(chǎn)品牌號(hào)切換方便、單體消耗低、原料毒性小、反應(yīng)操作壓力和操作溫度較低等特點(diǎn)，由原料精制、聚合反應(yīng)、脫氣與回收、造粒風(fēng)送及相關(guān)的公用工程系統(tǒng)組成，聚合反應(yīng)采用國產(chǎn)鈦系、鉻系催化劑，以乙烯為主要原料，丁烯-1、己烯-1為共聚單體，生產(chǎn)不同熔融指數(shù)和不同密度的產(chǎn)品。

2 控制系統(tǒng)簡介

Experion PKS過程知識(shí)系統(tǒng)是Honeywell推出的新一代過程自動(dòng)化系統(tǒng)，包括完整的調(diào)節(jié)控制、邏輯控制、順序控制以及傳動(dòng)控制等，由冗余控制器提供面向?qū)ο蟮目刂骗h(huán)境[1]。該聚乙烯裝置采用的Experion PKS系統(tǒng)，主要應(yīng)用于精制和反應(yīng)單元，出料、造粒和風(fēng)送單元均使用獨(dú)立PLC系統(tǒng)，分別與PKS系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)在PKS流程圖畫面中顯示PLC過程參數(shù)的功能。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)分為現(xiàn)場機(jī)柜間和中央控制室兩部分。由于距離較遠(yuǎn)，超出了傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)的最大傳輸距離，因此采用光纖通訊?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PKS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場機(jī)柜間是整個(gè)PKS系統(tǒng)的控制核心，包括過程控制站4個(gè)、冗余服務(wù)器1對、工程師站1臺(tái)、FDM服務(wù)器1臺(tái)。中央控制室配置了雙屏Console Station操作站4臺(tái)、Flex Station操作站1臺(tái)、遠(yuǎn)程工程師站1臺(tái)、FDM操作站1臺(tái)。此外，網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器和交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了冗余 FTE以太網(wǎng)配置。

4 控制系統(tǒng)配置

控制站：每個(gè)控制站擁有兩路獨(dú)立的UPS電源，保障供電安全。一對C300冗余控制器，承擔(dān)I/O信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)運(yùn)算功能。防火墻可以有效地阻擋網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴及外部信號(hào)干擾，保證內(nèi)部FTE通訊網(wǎng)絡(luò)的暢通和高效傳輸，提高系統(tǒng)周期處理速率。

服務(wù)器：采用DELL服務(wù)站，通過全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，依托FTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與控制器之間的數(shù)據(jù)交換，主要包括：全局的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢、報(bào)警、系統(tǒng)信息等。服務(wù)器采用冗余配置，主服務(wù)器與主控制器通訊，運(yùn)行RTDB數(shù)據(jù)庫，推送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至操作站，實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的完整監(jiān)控功能。備服務(wù)器與主服務(wù)器通訊，運(yùn)行EMDB數(shù)據(jù)庫。兩者在功能結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，不可替代。但在保證數(shù)據(jù)庫同步的前提下，當(dāng)主服務(wù)器故障時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)完成備服務(wù)器關(guān)鍵功能的切換。

操作站根據(jù)工作模式不同，可分為Console Station和Flex Station兩大類，其中Console Station即使在服務(wù)器故障時(shí)也可以從控制器直接讀取工藝參數(shù)，并完成控制指令的寫入，保留一些關(guān)鍵控制功能，最大限度地保證工藝操作人員對裝置的監(jiān)視和操控。同時(shí)，組態(tài)配置為基于操作站的安全性，通過不同的用戶密碼區(qū)分不同的安全等級(jí)和操作權(quán)限，滿足工藝人員在不同場景下的使用需求。允許操作站在獲取工程師權(quán)限后可做工程師站使用，進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)日常維護(hù)。

FDM可以對PKS系統(tǒng)內(nèi)支持HART協(xié)議的智能儀表設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和組態(tài)配置，提升現(xiàn)場HART設(shè)備的維護(hù)效率，多應(yīng)用于各類型變送器和定位器等現(xiàn)場儀表設(shè)備的重要狀態(tài)參數(shù)的讀取。GPS設(shè)備獲得的時(shí)鐘源用于校準(zhǔn)主服務(wù)器的時(shí)間，再由主服務(wù)器通過FTE網(wǎng)絡(luò)廣播至其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備，從而保證整個(gè)PKS系統(tǒng)的時(shí)鐘同步和準(zhǔn)確，這在報(bào)警及事件查詢、故障分析等方面至關(guān)重要。

5 組態(tài)配置

Exerion PKS的組態(tài)軟件主要包括有數(shù)據(jù)庫組態(tài)軟件Conf iguration Studio 、流程圖組態(tài)軟件HMIWeb Display Builder和監(jiān)控畫面軟件Station。Conf iguration Studio作為重要組態(tài)軟件，其常用功能主要有：控制策略組態(tài)軟件Control Builder和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理軟件Quick Builder。

5.1 控制方案組態(tài)軟件Control Builder

Control Builder支持C300控制器控制策略的離線組態(tài)和在線監(jiān)視，能夠進(jìn)行多種數(shù)據(jù)預(yù)處理及控制運(yùn)算、報(bào)警值設(shè)定等。通過創(chuàng)建的CM和SCM，可以實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的回路控制、邏輯控制、順序控制等。例如，反應(yīng)器壓力PIC40094等主要控制功能通過CM實(shí)現(xiàn)，APC先進(jìn)控制的底層控制功能與賦值順控等功能通過SCM實(shí)現(xiàn)。

5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理軟件Quick Builder

Quick Builder一般用于Stations類型的定義和分配、Servers規(guī)模及默認(rèn)路徑的配置，同時(shí)建立和管理SCADA通訊所需的Channels、Controllers、Points的QDB數(shù)據(jù)庫。

5.3 流程圖組態(tài)軟件HMIWeb Display Builder

HMIWeb主要用于流程圖的組態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)畫面、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示、命令控件等內(nèi)容的組態(tài)，以便于工藝參數(shù)的常規(guī)監(jiān)視、報(bào)警指示和日常操作命令的下達(dá)。

5.4 監(jiān)控畫面軟件Station

Station主要用于報(bào)警、事件、歷史歸檔、趨勢和組畫面、站類型定義等多方面的組態(tài)配置，同時(shí)也是日常操作的監(jiān)控窗口。

6 典型控制舉例

6.1 進(jìn)循環(huán)氣丁烯流量控制

反應(yīng)器進(jìn)循環(huán)氣丁烯流量控制回路FIC40008：根據(jù)工藝要求既可以對反應(yīng)器進(jìn)循環(huán)氣丁烯流量控制閥門FZV40008A、FZV40008B進(jìn)行分程控制，也可以用來控制丁烯/己烯計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，兩種控制方案根據(jù)實(shí)際需要，可以通過流程圖操作畫面的軟按鈕進(jìn)行自由切換。

為了實(shí)現(xiàn)該控制功能，分三個(gè)步驟進(jìn)行組態(tài)，首先搭建常規(guī)PID控制回路并設(shè)置各個(gè)參數(shù)，其次在此基礎(chǔ)上加入分程控制，最后再實(shí)現(xiàn)閥門或泵轉(zhuǎn)速控制的選擇切換功能。利用手操器模塊MANUAL的控制模式MODE可以外部給定的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)閥門控制和計(jì)量泵控制的功能切換。為實(shí)現(xiàn)該功能，要求將ESWFLCAS、ESWENB、EWSPERM引腳從手操器模塊MANUAL引出并激活，同時(shí)要借助安全聯(lián)鎖SIFL功能，使控制器的輸出能夠獨(dú)立的在不同輸出通道間切換而又不會(huì)相互影響。

6.2 反應(yīng)器溫度控制

反應(yīng)器溫度采用串級(jí)分程控制方案，主要控制功能在串級(jí)控制中實(shí)現(xiàn)，其中主控制器的輸出值作為副控制器的設(shè)定值，副控制器的輸出值用來控制調(diào)溫水閥開度。在正常生產(chǎn)期間，多采用TIC40026與TIC40046做串級(jí)控制，其中反應(yīng)器溫度控制TIC40026做為主回路，循環(huán)氣冷卻器出口溫度控制TIC40046作為副回路，主控制器TIC40026的輸出值作為副控制器TIC40046的設(shè)定值，副控制器TIC40046的輸出值用來控制4臺(tái)調(diào)溫水閥TV40026A1、TV40026A2、TV40026B1、TV40026B2。

7 SCADA通訊

目前，該P(yáng)KS系統(tǒng)的通訊主要分為兩種類型：第一種是與SM系統(tǒng)之間基于TCP/IP協(xié)議，采用LAN Vendor的端口通訊，這種情況只需要將通道的端口地址和SM控制器的FTE網(wǎng)絡(luò)IP地址對應(yīng)即可。這種方法相對簡單，利用以太網(wǎng)做傳輸介質(zhì)，不用額外布線。第二種主要是與PLC之間使用Modbus RTU協(xié)議，利用Terminal Server的端口進(jìn)行通訊，需配置通道、端口地址、數(shù)據(jù)位、停止位、比特率以及串口類型等一系列參數(shù)，同時(shí)還要使用RS485電纜連接。由于通訊延時(shí)的存在且可靠性較低，該P(yáng)KS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊主要應(yīng)用在對實(shí)時(shí)性要求不高的場合做顯示。同時(shí)，也有少量通訊點(diǎn)配置了參數(shù)變量的寫入功能，例如反應(yīng)器出料時(shí)間的修改、出料次數(shù)的統(tǒng)計(jì)與清零等，就是從PKS系統(tǒng)向出料PLC系統(tǒng)寫入而實(shí)現(xiàn)的。

8 結(jié)語

DCS集散控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，Experion PKS已逐漸成主流DCS控制系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)自投用以來，已運(yùn)行了兩個(gè)檢修周期，運(yùn)行狀態(tài)良好，控制器負(fù)荷穩(wěn)定，尚未出現(xiàn)任何重大硬件故障及軟件錯(cuò)誤，可靠性較高。在今后的工作中將進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)，努力提升和優(yōu)化控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。