DCS與FCS集成技術(shù)在聚丙烯廠升級(jí)改造中的方案探討

張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆獨(dú)山子聚丙烯廠,833600 ）

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DCS與FCS集成技術(shù)在聚丙烯廠升級(jí)改造中的方案探討

張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆獨(dú)山子聚丙烯廠,833600 ）

摘要：本文通過(guò)訪談和實(shí)地調(diào)查，有效的分析了該市某聚丙烯廠自動(dòng)化現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題，根據(jù)該廠的實(shí)際情況以及升級(jí)、擴(kuò)建的思路，提出了一種將先進(jìn)控制FCS引進(jìn)的思路，并根據(jù)控制需求，給出了將FCS有效的集成在原DCS系統(tǒng)的集成方案；同時(shí)也給出了一種基于OPC技術(shù)的管控一體化設(shè)計(jì)方案，以便實(shí)現(xiàn)真正的“管控一體化”。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)專家的商討覺得具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞：FCS；DCS ；DCS與FCS集成技術(shù)；OPC技術(shù)；管控一體化

1　聚丙烯廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的缺陷

該廠DCS系統(tǒng)是于2000年引進(jìn)的浙大中控JX-300X，運(yùn)行已有15年之久，控制器的功能已達(dá)到最大程度的開發(fā)，性能還算穩(wěn)定。DCS主要實(shí)現(xiàn)包括：粗丙烯精制處理過(guò)程、聚合反應(yīng)控制過(guò)程、閃蒸操作過(guò)程、成品包裝過(guò)程、膜回收系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等信息采集、過(guò)程監(jiān)控和緊急關(guān)斷，保障整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，聚丙烯的用途越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)需求不斷增加，該廠現(xiàn)有的兩套裝置已無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，同時(shí)該廠也想通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模，增加收益，所以決定在原生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改建和擴(kuò)建。但是如果要在此套DCS上再增加一套聚丙烯生產(chǎn)裝置控制功能，已經(jīng)顯得力不從心，關(guān)鍵是該型號(hào)的DCS廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)，想要通過(guò)在線升級(jí)或改造提升系統(tǒng)控制能力是行不通的。另外，該廠目前還存在一個(gè)問(wèn)題，就是DCS系統(tǒng)運(yùn)行這么多年，在現(xiàn)場(chǎng)控制站以及操作站都留有網(wǎng)絡(luò)接口；廠級(jí)辦公大樓目前也建立了局域網(wǎng)，但是管理層無(wú)法掌握和監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，基本上靠技術(shù)員下現(xiàn)場(chǎng)或打電話進(jìn)行咨詢和監(jiān)控，出現(xiàn)生產(chǎn)和管理層之間完全脫節(jié)。

2　改造的總體思路

2.1改造的原則

針對(duì)以上存在的問(wèn)題和聚丙烯生產(chǎn)工藝的要求，決定對(duì)原系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)，并在已有裝置的附近新建聚合裝置和閃蒸裝置，精制裝置、供熱、供水系統(tǒng)還利用以前的裝置，只是增設(shè)管線而已，從而滿足該廠新增產(chǎn)量的需求。同時(shí)，在本項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，盡量不影響原生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)，減少損失、節(jié)約成本和投資。

2.2改造后應(yīng)具備的功能

對(duì)原料輸入管線進(jìn)行檢測(cè)，在聚丙烯粉料生產(chǎn)的過(guò)程中，及時(shí)的對(duì)聚合釜、閃蒸釜的釜壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行采集，并將其同其它現(xiàn)場(chǎng)信息通過(guò)高速信息網(wǎng)，送往中控制室的操作站上進(jìn)行顯示、監(jiān)控和調(diào)度，為整個(gè)廠區(qū)生產(chǎn)裝置的監(jiān)控、管理和優(yōu)化控制提供方便。

以 DCS 為基礎(chǔ)，輔以現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FF H1）的聚丙烯廠自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成以下功能：

1）實(shí)現(xiàn)聚丙烯廠現(xiàn)有DCS系統(tǒng)與新擴(kuò)建裝置FCS系統(tǒng)之間或各個(gè)系統(tǒng)本身內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)與控制層控制網(wǎng)絡(luò)的集成，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)采集、檢測(cè)、控制信息實(shí)時(shí)高效的上傳下達(dá)，保證通信順暢、控制高效的目的；

2）監(jiān)控層通過(guò)操作站實(shí)時(shí)地讀取現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并將各個(gè)控制裝置的生產(chǎn)狀況和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在操作站主控機(jī)上進(jìn)行顯示、報(bào)警和處理。操作站還可以通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，并給出控制命令，實(shí)現(xiàn)真正的管控一體化。

3　DCS與FCS集成方案的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)該廠目前的DCS現(xiàn)狀和FCS 的特點(diǎn)以及適用范圍，再結(jié)合該項(xiàng)目擴(kuò)建的實(shí)際情況和技術(shù)要求，決定采用“現(xiàn)場(chǎng)總線在DCS 系統(tǒng) I/O 總線上集成”的控制方案。

該集成方案控制系統(tǒng)以原 DCS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開放式基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF H1）為輔助，構(gòu)成本廠的分布式控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系，從上往下可分為 3 層。

(1）監(jiān)控操作層

監(jiān)控層基本上沒(méi)有做多大的改變，充分利用原DCS系統(tǒng)的功能，智能儀表和FF總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)的監(jiān)控信號(hào)通過(guò)總線接口卡轉(zhuǎn)換成DCS的 I/O 總線可以設(shè)別和接受的信號(hào)；相當(dāng)于把FCS系統(tǒng)信號(hào)看成是DCS的一個(gè)傳統(tǒng)設(shè)備卡，和一般的變送器效果相同。監(jiān)控操作層的操作站、服務(wù)器等構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的主控中心，其中服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)與管理層的 PC相連，實(shí)現(xiàn)管理層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)的監(jiān)控。工程師站主要用來(lái)對(duì)原 DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制站軟硬件組態(tài)、設(shè)備維護(hù)和過(guò)程控制參數(shù)的整定；操作員站主要用來(lái)對(duì)原裝置以及新建裝置生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行監(jiān)視、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和其它檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)度功能。該層是整個(gè)集成控制系統(tǒng)的核心。

(2）I/O 測(cè)控層

I/O 測(cè)控層是集成控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換中樞，主要是由DCS I/O 卡件和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡（PCI卡）構(gòu)成。兩種類型的卡件可以根據(jù)實(shí)際情況任意混合使用。原聚丙烯裝置上的儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)通過(guò)DCS I/O 卡件接入監(jiān)控層，新建裝置智能儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)PCI卡接入監(jiān)控層，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。這樣整個(gè)廠區(qū)內(nèi)所有生產(chǎn)裝置的工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量、液位等就可以傳送到監(jiān)控層；相反，監(jiān)控層的控制信號(hào)也可以通過(guò)DCS I/O 卡件或PCI卡傳送到執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)控制功能。

(3）現(xiàn)場(chǎng)層

在現(xiàn)場(chǎng)層，傳統(tǒng)的檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其輸入、輸出信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的 4～20mA信號(hào)，采用耐火電纜對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸；對(duì)于智能型的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，均采用總線方式進(jìn)行連接，電纜采用屏蔽單對(duì)雙絞線（即A型電纜）?，F(xiàn)場(chǎng)層的這種信號(hào)線連接方式，不僅充分利用了原DCS系統(tǒng)的信號(hào)線、電纜以及 I/O 卡件的轉(zhuǎn)化功能，也充分把基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的“控制功能現(xiàn)場(chǎng)化”的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。

4　基于OPC技術(shù)的管控一體化設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)本市聚丙烯廠,新擴(kuò)建的聚丙烯生產(chǎn)裝置采用的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFFH1）,在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能上相對(duì)來(lái)時(shí)比較簡(jiǎn)單，決定采取了以下方案：通過(guò)OPC服務(wù)器把原有的DCS設(shè)備和新增的FCS連接在一起(見圖1-2),可以實(shí)時(shí)上傳和監(jiān)控FCS和DCS中的設(shè)備參數(shù)或數(shù)據(jù)信息,更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開放性。

這樣對(duì)于上層管理人員，可以通過(guò)工作站（帶OPC服務(wù)器）隨時(shí)調(diào)取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史表報(bào)或者銷售情況等所需信息，也可以隨時(shí)打印各種報(bào)表，以便更好的實(shí)施調(diào)度，優(yōu)化控制，把握市場(chǎng)，做出正確的決策。

此設(shè)計(jì)方案也可以作為本廠以后遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)框架，其中帶OPC服務(wù)器的應(yīng)用工作站是核心。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系中，OPC 服務(wù)器內(nèi)裝有大量的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，它可以看作是控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)接口，也可以看作是現(xiàn)場(chǎng)層控制網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控管理層之間的一個(gè)網(wǎng)關(guān)，為運(yùn)行于其上的應(yīng)用系統(tǒng)(或程序)提供實(shí)時(shí)訪問(wèn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。此種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：第一，通過(guò) OPC 服務(wù)器有效的將企業(yè)決策層的局域網(wǎng)與中控室的控制網(wǎng)絡(luò)集成在一起，使決策層的管理人員或用戶可以及時(shí)、有效、方便的訪問(wèn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的所有所有數(shù)據(jù)和信息；第二，正因?yàn)閼?yīng)用工作站這樣的一個(gè)“網(wǎng)關(guān)”存在，對(duì)工廠局域網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)有效的進(jìn)行了隔離，以免局域網(wǎng)上可能存在的病毒侵入到控制網(wǎng)絡(luò)，既安全又高效。但是，此種結(jié)構(gòu)對(duì)OPC服務(wù)器的性能和配置要求比較高，并且在OPC服務(wù)器上必須安裝兩塊網(wǎng)卡，一塊負(fù)責(zé)管理層局域網(wǎng)的通信，一塊負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)的通信。

5　結(jié)論和建議

1)將FCS集成在原DCS上，極大地減少了擴(kuò)建中人力、物力的投入；同時(shí)該方案中的PCI卡、DCS 控制器均有冗余功能及端口預(yù)留，如果以后還有需要接入的設(shè)備或儀表，只需直接接入，在工程師站進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)及功能設(shè)置就可以了。

2)真正實(shí)現(xiàn)了“管控一體化”?！盎贠PC技術(shù)的管控一體化設(shè)計(jì)方案”能有效的解決該廠目前存在的管理層與生產(chǎn)層的脫節(jié)，可以有效的利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)施生產(chǎn)的監(jiān)控、調(diào)度、優(yōu)化配置，也減少了人員成本。

3)FCS畢竟是一種先進(jìn)的控制技術(shù)，所以在實(shí)施的過(guò)程中可能會(huì)存在信號(hào)的匹配、集成和轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，一次投入要大些。

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Discussion on the scheme of DCS and FCS integration technology in the upgrading and reconstruction of polypropylene plant

Zhang Liping,Wang Weiduo
(Xinjiang Karamay Vocational and Technical College Xinjiang Dushanzi 833600 polypropylene plant)

Abstract：Through interviews and field surveys,effective analysis of the current situation of the city in a polypropylene plant automation and problems,according to the actual situation of the plant and the upgrade and expansion of the idea,we proposed the introduction of advanced control FCS ideas,and according to the control demand,given the FCS effectively integrated in the original DCS system integration solutions; also given based on OPC technology integrated management and control design,in order to achieve true "integrated management and control." Through discussions with experts in the field feel is feasible.

Keywords：FCS；DCS ；DCS and FCS integration technology；OPC technology；Management and Control Integration

作者簡(jiǎn)介

張麗萍（1980—），女，漢，陜西渭南，學(xué)士，中級(jí)講師，從事生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、通訊方面研究。