許海梅,張明星

(克拉瑪依石化公司,新疆克拉瑪依 834003)

0 引 言

克拉瑪依石化公司催化重整裝置于2000年建成投產(chǎn)。2006年為了提高催化重整裝置生產(chǎn)的汽油品質(zhì),公司新建了苯抽提裝置,兩套系統(tǒng)均采用CS3000集散控制系統(tǒng)。由于兩套裝置操作關(guān)聯(lián)密切,加上操作人員緊張,設(shè)計(jì)要求DCS能共享數(shù)據(jù),由于催化重整裝置建成投產(chǎn)較早, DCS操作站和工程師站的各項(xiàng)配置比較低,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)控制的更高要求,需對(duì)操作站和工程師站硬件、軟件升級(jí),實(shí)現(xiàn)兩套裝置的聯(lián)網(wǎng)合并。催化重整裝置DCS的一切設(shè)備原位不動(dòng),新建苯抽提裝置的機(jī)柜室建在催化重整裝置附近,從催化重整裝置現(xiàn)有的操作室對(duì)兩套裝置進(jìn)行集中監(jiān)控。

1 系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介

DCS的核心結(jié)構(gòu)主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、I/O控制站(FCS)、操作站和工程師站構(gòu)成。

1.1 FCS結(jié)構(gòu)

根據(jù)各工藝單元的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及控制方案的復(fù)雜程度,催化重整裝置和苯抽提裝置的兩套控制站所控制的點(diǎn)數(shù)多少雖不同,控制方案也不盡相同,但控制站的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的,主要構(gòu)成有現(xiàn)場(chǎng)控制單元(FCU)、節(jié)點(diǎn)(Node)及各級(jí)總線?？刂普局械奶幚砥?、電源和包括通信總線的I/O模塊都為冗余配置,可以保障計(jì)算機(jī)結(jié)果的可靠性。

現(xiàn)場(chǎng)控制單元使用“Pair&Spare(成對(duì)熱備)”的CPU排列來實(shí)現(xiàn)降低發(fā)生破壞結(jié)果的瞬間錯(cuò)誤的可能性。互為冗余的卡件之間高速交換數(shù)據(jù),使工作/備用卡件運(yùn)行狀態(tài)同步:當(dāng)某一個(gè)卡件出現(xiàn)異常時(shí),可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無擾切換功能,維護(hù)人員可通過卡件上的工作指示燈或上位機(jī)上的系統(tǒng)故障診斷畫面清楚地判斷問題所在。該水平的冗余使CS3000系統(tǒng)不僅能保證優(yōu)異的可用性,而且保證了生產(chǎn)要求的可靠性。

1.2 操作站/工程師站結(jié)構(gòu)

工程師站及操作站(HIS)主機(jī)均采用高可靠性的工業(yè)級(jí) PC機(jī),操作系統(tǒng)采用 Windows XP SP2,配有專用工業(yè)鍵盤及液晶顯示器,PC機(jī)配有VI-701通信接口卡,該卡具有冗余的通信接口,使PC機(jī)連接到Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)上。

工程師站。配有CS3000系統(tǒng)開發(fā)軟件及實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件?？蛇M(jìn)行控制系統(tǒng)硬件構(gòu)建、系統(tǒng)組態(tài)、邏輯功能圖的設(shè)計(jì)、工藝流程圖的繪制及圖形特性的定義、趨勢(shì)圖的顯示與定義。系統(tǒng)管理功能:程序調(diào)度、批處理的控制設(shè)定、安全級(jí)別的定義、報(bào)表管理等都在工程師站完成。

操作員站。完成生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)監(jiān)視、操作及控制,系統(tǒng)能夠?qū)⑺霈F(xiàn)的各種報(bào)警信息進(jìn)行收集、管理,由操作人員隨時(shí)查看、調(diào)用。

兩套裝置共用1臺(tái)工程師站,6臺(tái)操作站。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和開放性, CS3000系統(tǒng)均采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

a)催化重整裝置采用控制總線Vnet網(wǎng)和以太網(wǎng)(Ethernet)。Vnet網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)控制器之間和控制器與操作站之間的通信。Vnet網(wǎng)相對(duì)于Ethernet網(wǎng)是一個(gè)非開放性的網(wǎng)絡(luò),以確保DCS控制器不受工廠網(wǎng)絡(luò)病毒侵襲,從而達(dá)到系統(tǒng)安全可靠目的。Ethernet網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)操作站之間的通信和操作站與上位機(jī)之間的通信。

b)苯抽提裝置采用橫河公司研究的新一代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——冗余的1G網(wǎng)速(Vnet/IP)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1)該網(wǎng)絡(luò)保持原雙層網(wǎng)的可靠性特點(diǎn)。確保DCS控制器不受工廠以太網(wǎng)病毒侵襲,以保持操作站互為備用的優(yōu)點(diǎn)。

2)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。網(wǎng)絡(luò)通信速度從10 Mbit/s提高到1 Gbit/s,實(shí)時(shí)性能更佳。

3)系統(tǒng)更具有開放性。系統(tǒng)采用了冗余的兩個(gè)1G高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時(shí)又具有TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議。具有以太網(wǎng)協(xié)議的第三方產(chǎn)品可以容易地掛接到DCS控制網(wǎng)并進(jìn)行通信。

為了更好地實(shí)現(xiàn)DCS開放性的要求,同時(shí)又能保持DCS可靠性和實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn),催化重整和苯抽提裝置的聯(lián)網(wǎng)部分也采用Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了Ethernet的通用通信功能以及原Vnet控制網(wǎng)絡(luò)功能,從而保持了速度和可靠性方面的出色性能。

1.4 總線轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目合并,需在催化重整和苯抽提裝置通信設(shè)備中增加總線轉(zhuǎn)換器,苯抽提裝置的通信介質(zhì)為雙絞線,催化重整裝置的通信介質(zhì)是同軸電纜,為實(shí)現(xiàn)兩套裝置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合,將催化重整裝置控制器中的同軸電纜通過總線轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成雙絞線與Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,兩臺(tái)總線轉(zhuǎn)換器互為冗余。總線轉(zhuǎn)換器用于進(jìn)行不同域的通信連接,安裝在催化重整裝置控制室內(nèi)。

2 系統(tǒng)并網(wǎng)軟件實(shí)施過程

系統(tǒng)除具備對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制功能外,數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的功能更加強(qiáng)大?？紤]到遠(yuǎn)期增加設(shè)備的需要,自控設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和上位管理系統(tǒng)擁有擴(kuò)展的能力。CS3000組態(tài)主要包括系統(tǒng)COMMON,HIS,FCS組態(tài)等。

2.1 FCS組態(tài)

FCS組態(tài)主要包括FCS硬件組成、I/O卡件分配、控制回路圖的設(shè)計(jì)等?？刂苹芈穲D是根據(jù)工藝生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制方案,將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分配給I/O卡件,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和傳輸,完成控制方案的功能塊的連接,達(dá)到控制目的,符合工藝生產(chǎn)要求。

將催化重整和苯抽提裝置項(xiàng)目進(jìn)行整合,其中催化重整控制站為 FCS0101,苯抽提控制站為FCS0201,操作站由 HIS0264排列到 HIS0258, HIS0264為工程師站完成對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)。催化重整和苯抽提裝置組態(tài)參數(shù)和流程圖由工程師站HIS0264修改后,下裝到控制器,并一一傳送到各個(gè)操作站。

2.2 總線轉(zhuǎn)換器組態(tài)

首先新建總線轉(zhuǎn)換器節(jié)點(diǎn),設(shè)置總線轉(zhuǎn)換器型號(hào),并設(shè)置Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的域名和站號(hào),同時(shí)選擇“Constant”設(shè)置催化重整裝置Vnet網(wǎng)絡(luò)的域名和站號(hào),將總線轉(zhuǎn)換器上電,并進(jìn)行“Offline download to BCV”操作即可。

3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及實(shí)施

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,操作站集中放置在催化重整中心控制操作室,催化重整裝置控制站及機(jī)柜在原機(jī)柜室,苯抽提裝置控制站及機(jī)柜放在新建的苯抽提機(jī)柜室。由于雙絞線傳輸距離超過100 m就無法保證傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量,催化重整和苯抽提機(jī)柜室相距將近300 m,超出雙絞線的傳輸能力,為保證信號(hào)傳輸速率和質(zhì)量,同時(shí)為了節(jié)約成本,兩個(gè)機(jī)柜室之間采用光纜進(jìn)行連接。在苯抽提和催化重整裝置的主控柜里各安裝4個(gè)光纖收發(fā)器和2個(gè)光纖終端盒,用于光信號(hào)和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與下裝

當(dāng)硬件及組態(tài)準(zhǔn)備就緒后,在工程師站、各操作站進(jìn)行IP地址的設(shè)置,使用開始程序中“運(yùn)行”命令同各FCS,總線轉(zhuǎn)換器及各個(gè)操作站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測(cè)試。測(cè)試成功后,將項(xiàng)目組態(tài)下裝到相應(yīng)控制站,并傳送到各個(gè)操作站。

5 并網(wǎng)后系統(tǒng)的特點(diǎn)

a)多冗余配置?？刂普镜碾娫础⒅骺刂瓶?、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和重要的模擬量卡件按冗余配置,保證了系統(tǒng)安全性和可靠性。

b)高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CS3000采用Vnet/IP控制總線,該控制總線速度可高達(dá)1 Gbit/s,滿足了煉油化工行業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)性和大規(guī)模數(shù)據(jù)通信的要求。在保證可靠性的同時(shí),又可以與開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

c)系統(tǒng)的易擴(kuò)展性。在系統(tǒng)允許的情況下增加控制站、操作站及I/O卡件,只須在工程師站上添加節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)最大配置為64站(包括控制站、操作站和總線轉(zhuǎn)換器),其中操作站最多可擴(kuò)展16個(gè)。CS3000系統(tǒng)還具有構(gòu)造大型實(shí)時(shí)過程信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以構(gòu)成多工段、多集控單元,易于實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理與控制綜合信息自動(dòng)化系統(tǒng)。

d)與既有系統(tǒng)的兼容性。CS3000系統(tǒng)與橫河以往的系統(tǒng)可通過總線轉(zhuǎn)換單元,方便地連接在一起,實(shí)現(xiàn)對(duì)既有系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

6 結(jié)束語(yǔ)

催化重整和苯抽提裝置使用最新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行并網(wǎng),首次應(yīng)用于同一項(xiàng)目的兩個(gè)裝置,在國(guó)內(nèi)也具有領(lǐng)先水平。在3年多的運(yùn)行中,由總線轉(zhuǎn)換器連接通信的兩套裝置表現(xiàn)出了運(yùn)行穩(wěn)定可靠,采集傳送數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,操作簡(jiǎn)單,便于監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。

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