張良橋

（馬鋼股份有限公司煤焦化公司，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

馬鋼煤焦化公司凈化二系統(tǒng)由煤氣冷凝鼓風(fēng)、除硫、脫萘、脫氰、脫氨、脫苯、制冷、等工序組成。DCS控制系統(tǒng)擔(dān)負著整個生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制工作。原控制系統(tǒng)分為回收、鼓冷兩部分?；厥障到y(tǒng)為 1992年投用的 HONEYWELL TDC-3000DCS系統(tǒng)，配置兩個控制站，4臺US操作站。鼓冷系統(tǒng)為1995年投用的浙大中控JX-300B DCS系統(tǒng),配置兩臺控制站，兩臺操作站。兩套系統(tǒng)因運行時間長，生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，故障頻發(fā)，給維護和生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，不利于公司安全穩(wěn)定長期生產(chǎn)?；厥障到y(tǒng)兩臺US損壞，因廠家停產(chǎn)，且無替代產(chǎn)品恢復(fù)，剩下兩臺US站不能滿足生產(chǎn)需求。

2010年 10月份，馬鋼自動化部和煤焦化公司設(shè)備保障部相關(guān)儀表技術(shù)員、點檢員在工藝人員的配合下完成凈化二系統(tǒng) DCS控制系統(tǒng)的升級改造，將回收系統(tǒng)和鼓冷系統(tǒng)合二為一，同時在 DCS系統(tǒng)上實現(xiàn)兩臺克勞斯?fàn)t、兩臺氨分解爐、4臺煤氣鼓風(fēng)機等重點設(shè)備的報警控制連鎖，回收系統(tǒng)更換下來的I/O卡件作為該公司新區(qū)凈化系統(tǒng)的生產(chǎn)備件，節(jié)省備件費用80萬元;鼓冷系統(tǒng)更換下來的I/O卡件作為本公司其它相同系統(tǒng)備件,節(jié)省備件費用15萬元；組態(tài)、編程、調(diào)試工作全部由本公司技術(shù)人員完成，節(jié)省外聘編程費用150萬元。

此次系統(tǒng)升級選用Honeywell過程知識系統(tǒng)（Experion PKS）R311.2版本，EPKS 系統(tǒng)是 Honeywell公司最近推出的新一代控制系統(tǒng),具有傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點,同時結(jié)合霍尼韋爾三十年來在過程控制、資產(chǎn)管理、行業(yè)知識等方面積累的經(jīng)驗,，構(gòu)成了一個統(tǒng)一的過程知識系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。EPKS系統(tǒng)基 于 Windows 2003的服務(wù)器,利用高速動態(tài)緩存區(qū)采集實時數(shù)據(jù),提供報警、過程顯示、PID調(diào)節(jié)、歷史數(shù)據(jù)采集、趨勢組、操作組、報表報告等基礎(chǔ)服務(wù)功能，同時推出 Profit Loop模型預(yù)估控制器專利算法、HMIWeb工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)繪圖工具、FTE容錯以太網(wǎng)絡(luò)，CEE實時組態(tài)平臺、控制防火墻等創(chuàng) 新技術(shù)。

本文介紹此次系統(tǒng)升級中 PKS系統(tǒng)的應(yīng)用并著重介紹改造過程中克勞斯?fàn)t聯(lián)鎖、氨分解爐聯(lián)鎖、煤氣鼓風(fēng)機聯(lián)鎖、電捕聯(lián)鎖等具體問題的分析解決過程。

2 系統(tǒng)硬件配置部分

本套系統(tǒng)中計有 AI 627點,其中冗余配置74點；AO 235點，冗余55點；DI 954點、DO 369點、TC 21點、RTD 303點,煤氣、溶劑、粗苯區(qū)域測點全部通過 P+F安全柵與現(xiàn)場表連接，實現(xiàn)本安隔離。

系統(tǒng)硬件設(shè)施

(1)控制柜 4個 回收系統(tǒng)和鼓冷系統(tǒng)各配置兩個控制柜，每個控制柜分別安裝一對冗余C300控制器、一對冗余防火墻、若干I/O卡件。

(2)配電柜2個 分別安裝電源分配器、空氣開關(guān)。

(3)安全柵及繼電器柜 分別安裝安全柵、DO繼電器。

(4)網(wǎng)絡(luò)通訊柜 2個 安裝CISCO交換機及MODBUS接口服務(wù)器。

(5)EPKS服務(wù)器一對（2臺）采用DELL PowerEdge T610。

(6)FLEX操作站 6臺，CONSOLE操作站2臺實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控及報表打印。

(7)PHD服務(wù)器一臺 為本公司信息管理系統(tǒng)提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

圖1為本套EPKS系統(tǒng)配置圖。

3 控制策略組態(tài)及問題處理

系統(tǒng)全部下位機組態(tài)工作在 Control Builder環(huán)境完成，首先完成測點的數(shù)據(jù)采集、量程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、報警控制、歷史數(shù)據(jù)采集、趨勢控制等基本組態(tài)；接著完成1系克勞斯?fàn)t、2系克勞斯?fàn)t、1系氨分解爐、2系氨分解爐聯(lián)鎖程序及4臺煤氣鼓風(fēng)機聯(lián)鎖程序、電捕聯(lián)鎖程序的編制；考慮到Profit Loop模型預(yù)估控制器回路具備的強大自適應(yīng)能力，為提高各個生產(chǎn)回路的控制質(zhì)量，回路組態(tài)全部使用Profit Loop模型。

下面是改造過程中遇到并解決的實際問題：

（1）EPKS中趨勢組態(tài)有兩種方法

一是在CONTROL BUILDER中組態(tài)CM點時，在SERVER DISPLAYS標(biāo)簽頁中指定；二是在STATION的TRAND界面中指定。在仿真器的模擬調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，若在CONTROL BUILDER中未組態(tài)趨勢，在STATION中組態(tài)后，能正常顯示，但CM點若重新下載，則STATION中組態(tài)趨勢點會消失，若兩處都組態(tài)同一測點的趨勢，則趨勢不能正常顯示?？紤]到這一點，在系統(tǒng)正式組態(tài)調(diào)試前，規(guī)劃好趨勢組，在CONTROL BUILDER統(tǒng)一組態(tài)，解決了趨勢顯示混亂問題。

（2）聯(lián)鎖程序的編制

為了節(jié)省CM點的使用數(shù)目，通常一個聯(lián)鎖程序作為一個CM點編寫，CM點中用的是功能塊圖，直觀性很強，但PKS功能塊在組態(tài)畫面上顯示較大，功能塊間用線連接，規(guī)劃得稍有問題，則畫面就非常凌亂，可讀性非常差，不便于調(diào)試和維護。為解決這個問題，我是先根據(jù)功能要求，在AUTOCAD上按照PKS風(fēng)格畫出草圖，再在CONTROL BUILDER中按草圖編制程序，極大地提高了程序的可讀性。

（3）煤氣鼓風(fēng)機聯(lián)鎖

煤氣鼓風(fēng)機因油壓、溫度等原因發(fā)生聯(lián)鎖后，聯(lián)鎖信號輸出，需將聯(lián)鎖信號鎖死，待相關(guān)人員處理好聯(lián)鎖條件信號后，操作工按復(fù)位按鈕，解除聯(lián)鎖信號，重新啟動風(fēng)機。鎖死聯(lián)鎖信號用S-R觸發(fā)器實現(xiàn)，按鈕在上位機的HMI Web中模擬，將按鈕引用聯(lián)鎖程序中FLAG塊輸出引腳PVFL即可實現(xiàn)。為防止操作人員工作疏忽，按下按鈕復(fù)位后忘記回零，失去了鎖死聯(lián)鎖信號輸出的保護作用。與工藝人員討論后，在復(fù)位按鈕上加一個自動回零功能，用脈沖功能塊PULSE實現(xiàn)。具體做法是：顯示出FLAG引腳的IN引腳和OUT引腳，其參數(shù)均為PVFL，將FLAG的OUT引腳連到PULSE的IN引腳上，PULSE的OUT引腳一路連到S-R觸發(fā)器的R引腳，作為S-R觸發(fā)器的復(fù)位輸入，另一路引到FLAG IN引腳PVFL，則PULSE模塊在3s時間后輸出為0時，將0賦值給FLAG，實現(xiàn)按鈕的自動置0，程序組態(tài)如圖2所示。

圖2 程序組態(tài)圖

這里需要注意，在一個CM點中，模塊的執(zhí)行順序是按照模塊的ORDERINCM參數(shù)（在CM里的順序）來確定的，考慮到FLAG模塊需由PULSE模塊賦值復(fù)位，故FLAG需在PULSE模塊后執(zhí)行，則其ORDERINCM參數(shù)應(yīng)大于PULSE模塊的ORDERINCM參數(shù)，在程序中，將PULSE的ORDERINCM參數(shù)設(shè)為 580，F(xiàn)LAG的 ORDERINCM參數(shù)設(shè)為590，調(diào)試后完全符合要求。

4 系統(tǒng)調(diào)試

此次控制系統(tǒng)改造包含兩部分，一方面是DCS系統(tǒng)改造，另一方面是部分現(xiàn)場儀表和控制電纜的更新?？紤]到生產(chǎn)的連續(xù)性和現(xiàn)場的管理，儀表技術(shù)人員在仿真系統(tǒng)上將所有程序多次調(diào)試，考慮各種細節(jié)，確定無誤后，儀表相關(guān)人員與生產(chǎn)工藝人員密切配合，科學(xué)制定倒點計劃。首先確定需要更換儀表、電纜的測點，為達到節(jié)省時間和把對生產(chǎn)的影響降到最低限度的目的，先將第二天需要更換的電纜敷設(shè)到位，第二天將現(xiàn)場儀表電纜接好后，在電子室測量送來的信號的電流電壓等級無誤，再接上卡件端子，在操作站流程圖畫面上查看測點顯示是否正常，正常后，按計劃倒換別的測點；所有電纜更換完畢，再按計劃依次更換現(xiàn)場儀表。

對于不需更換儀表和電纜的測點，則按生產(chǎn)工序依次倒點，盡量避免影響生產(chǎn)。

在系統(tǒng)調(diào)試過程中也遇到了不少問題，并逐個解決，主要有以下幾點：

(1)本系統(tǒng)中AI信號安全柵采用菲尼克斯KFD2-STC4-EX1安全柵，在調(diào)試配電測點時不存在問題；在調(diào)試不配電測點（如1系含氧值）時，按照C系列卡件接法，應(yīng)正端接TB3，副端接TB1，操作站上無顯示，測量現(xiàn)場信號正常，后經(jīng)過測試，卡件端按照配電接法，安全柵接5.6端子，顯示正常。

(2)控制回路的調(diào)試是DCS系統(tǒng)中一個重點和難點，主要工作在 PID參數(shù)的設(shè)定，調(diào)試進度緩慢，通過查詢KNOWLEDGE BUILDER，發(fā)現(xiàn)PID模塊中內(nèi)置的公式 A與原 TPS的 PID計算公式一樣，于是工藝條件不變的 PID按原 TPS系統(tǒng)設(shè)置，略作微調(diào)就可以穩(wěn)定投自動，根據(jù)穩(wěn)定運行狀態(tài)下PID參數(shù)生成Profit Loop模型，下載后運行正常。

(3)聯(lián)鎖回路的調(diào)試，本套系統(tǒng)中聯(lián)鎖回路有27個，其中最重要的有2座克勞斯?fàn)t聯(lián)鎖、2座氨分解爐聯(lián)鎖、4臺煤氣鼓風(fēng)機聯(lián)鎖。因為聯(lián)鎖程序直接關(guān)系到重點設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，且聯(lián)鎖回路都是串聯(lián)在電氣回路中的，必須做到準(zhǔn)確無誤。因此，在保證程序模擬調(diào)試正確的情況下，需要與現(xiàn)場設(shè)備脫開后看端子柜與電氣柜的繼電器動作來判斷聯(lián)鎖輸出是否正確，并用萬用表進行檢測，在校驗過程中特別注意電氣設(shè)備是需要常開觸點還是常閉觸點。

(4)在系統(tǒng)投入運行后，操作人員反映廢熱鍋爐液位和主煤氣壓力較易出現(xiàn)故障，因為其參與克勞斯?fàn)t和氨分解爐聯(lián)鎖，操作人員希望能將其切換至手動后人工置值，待故障排除后再切換至自動，這樣不至于在排除故障時設(shè)備聯(lián)鎖保護產(chǎn)生誤動作。

考慮到系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，不能在CONTROL BUILDER中修改程序，只有在流程圖畫面中想辦法。我做出了一個與下圖類似的彈出面板（以1系克勞斯?fàn)t煤氣壓力為例）， 設(shè)置2個組合框，和一個文字標(biāo)簽，兩個組合框分別對應(yīng)1系克勞斯?fàn)t煤氣壓力測點的信號來源模式和測點的PV值，文本標(biāo)簽對應(yīng)測點的PVRAW,顯示測點的實際信息，根據(jù)實際信息轉(zhuǎn)換成ON或OFF顯示，方便直觀判斷故障是否排除。

5 結(jié)束語

凈化二系統(tǒng)DCS系統(tǒng)的升級改造，是我公司完全由本廠職工完成的第一個較大的DCS系統(tǒng)改造工程。從編程、調(diào)試到投用我們只用了四個月的時間，這主要歸功于前期準(zhǔn)備工作的完善，嚴(yán)格科學(xué)的施工組織計劃，電儀、機械、工藝各專業(yè)的有力配合，更重要的是施工過程中一絲不茍的認(rèn)真態(tài)度，沒有重復(fù)施工與反復(fù)糾錯，這是 DCS系統(tǒng)最短時間升級改造成功的關(guān)鍵?，F(xiàn)在，這套系統(tǒng)正常運行了8個月，為生產(chǎn)提供了有力保證。此次改造節(jié)約外聘人員編程組態(tài)費150萬元，大大提高了控制系統(tǒng)的平均無故障運行時間和自動控制率，減輕了職工的勞動強度，為人力資源優(yōu)化提供了條件；鍛煉了本公司職工隊伍，為系統(tǒng)今后更好的維護奠定扎實基礎(chǔ)，更是積累了豐富的寶貴經(jīng)驗。