遼陽石化公司儀表廠 鄭文革，樊安亮

采用PKS系統(tǒng)實現(xiàn)聚酯裝置跨平臺升級改造

遼陽石化公司儀表廠 鄭文革，樊安亮

本文闡述了聚酯裝置改造思路及新系統(tǒng)的構(gòu)成，詳細介紹了Honeywell新一代PKS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟硬件，重點論述了項目實施過程中遇到的疑難問題及解決方案。

PKS系統(tǒng)；跨平臺；升級

1 引言

遼陽石化公司聚酯廠聚酯裝置于1996年建成投產(chǎn)，其DCS采用的是PROVOX系統(tǒng)，經(jīng)過15年的運行，該控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)部分操作站死機、操作鍵盤失靈、CRT故障增多、畫面模糊不清、部分I/O卡件和安全柵損壞且已無備件支持等現(xiàn)象，上述問題的存在給聚酯裝置 的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行帶來嚴重威脅，是安全生產(chǎn)的巨大隱患，亟需對原有DCS進行更新改造。

2 系統(tǒng)主要構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)更新改造思想

本次DCS改造的首選方案是把原有的PROVOX系統(tǒng)升級為最新的Delta V控制系統(tǒng)，但在實施過程中，由于成本過高，最終擱淺。經(jīng)討論研究決定把PROVOX系統(tǒng)更新改造為第三方的DCS。原有的PROVOX系統(tǒng)是由ZIMMER公司設(shè)計完成的，很多原始設(shè)計資料（如控制方案、邏輯關(guān)系等）由于各種原因無法找到，且系統(tǒng)經(jīng)過15年的運行，期間還進行了多次改造，想成功地更新為第三方DCS十分困難，國內(nèi)也沒有相關(guān)成功的經(jīng)驗可以借鑒。根據(jù)實際情況，經(jīng)過多次論證，本次DCS更新改造的總體思路采用逆向設(shè)計的方案，以原有PROVOX系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，讀取PROVOX系統(tǒng)控制器的所有文件，并結(jié)合聚酯裝置的工藝、儀表及設(shè)計院等相關(guān)人員的意見，把讀取文件轉(zhuǎn)化成的標準邏輯關(guān)系、控制方案等文件作為后期組態(tài)的輸入文件。這一思路為PROVOX系統(tǒng)成功地更新改造為第三方DCS奠定了基礎(chǔ)。本次改造是把聚酯裝置原有PROVOX系統(tǒng)更新改造為第三方的Experion PKS300過程控制系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)組成

聚酯裝置分64、65、66三個區(qū)，設(shè)置1個中央控制室和1個工程師室，每區(qū)分別設(shè)置1個DCS機柜室。改造后的DCS結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 遼陽石化聚酯裝置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 PKS系統(tǒng)概述

3.1 PKS系統(tǒng)簡介

Experion PKS系統(tǒng)是Honeywell公司新一代過程自動化系統(tǒng)，可通過提供圖形化的面向?qū)ο蟮慕M態(tài)工具和全套的過程控制算法庫，提供了較好的系統(tǒng)可用性技術(shù)。EPKS在硬件方面大量使用的冗余容錯技術(shù)，能夠在線更換包括控制器再內(nèi)的所有硬件，保證了系統(tǒng)安全運行。其軟件方面可支持單點下裝和在線修改。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及軟硬件特點

3.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

本項目采用的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為具有Honeywell公司專利技術(shù)的FTE（ Fault Tolerant Ethernet）容錯以太網(wǎng)。FTE是PKS系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，不但提供了容錯的特點也提供了快速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及工業(yè)以太網(wǎng)的控制應(yīng)用的安全性。容錯以太網(wǎng)是冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（物理）的單網(wǎng)（邏輯），這種冗余的結(jié)構(gòu)是通過Honeywell的FTE驅(qū)動及商業(yè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)的，用在EPKS中的主干網(wǎng)絡(luò)。通過配置2對Cisco交換機作為FTE網(wǎng)絡(luò)交換機，在交換機A和交換機B之間進行跨接，以實現(xiàn)FTE功能，構(gòu)成PKS系統(tǒng)的通訊樞紐。

3.2.2 軟硬件特點

3.2.2.1 硬件

（1）控制器

本系統(tǒng)采用4對C300控制器。C300是新一代控制器，具有快速執(zhí)行過程控制、邏輯控制、順序控制和批量控制的強大實力，冗余配置時執(zhí)行周期可達25ms。C300控制器可在線完成冗余功能，但兩個相互冗余的控制器之間必須用光纜連接，某一控制器出現(xiàn)故障時，可不必停車，而由系統(tǒng)自動完成控制器的冗余，從而對生產(chǎn)過程不會造成任何影響。

（2）服務(wù)器

PKS服務(wù)器是整個系統(tǒng)的核心，對于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，一般需要服務(wù)器冗余，此時兩臺服務(wù)器為同步運轉(zhuǎn)方式冗余，而且沒有絕對的主Sever與備用Server之分，哪一臺服務(wù)器先上電就是主Server，另一臺則為備用Server。數(shù)據(jù)庫始終放在備用Server上，主Server通過訪問備用Server保持數(shù)據(jù)庫同步，若備用Server出現(xiàn)故障，則采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動存放在主Server上；一旦主Server出現(xiàn)故障，處于熱備狀態(tài)的Server立即支撐整個系統(tǒng)，確保全系統(tǒng)不會癱瘓。

（3）操作員站

本系統(tǒng)共有11臺操作員站，EPKS操作站是一個功能強大的操作界面，它可以根據(jù)不同用戶的需求提供符合各自要求的操作界面，能完成對生產(chǎn)過程的監(jiān)視、報警、調(diào)節(jié)。人機界面（HMI）采用Honeywell 的HMIWeb技術(shù)，可以將人機界面、應(yīng)用數(shù)據(jù)和商業(yè)數(shù)據(jù)集成在一起，采用Honeywell新一代操作員界面技術(shù)，以HTML方式訪問來自安全的工作站環(huán)境或直接來自IE瀏覽器的圖形界面，而無需安裝繁瑣的插件程序。

3.2.2.2 軟件

該項目采用的C300軟件版本號為：R400.2。服務(wù)器運行環(huán)境：Windows server2007、操作站運行環(huán)境：Windows XP或Windows7。

系統(tǒng)基本軟件包能實現(xiàn)系統(tǒng)的全部基礎(chǔ)功能，包括實時數(shù)據(jù)庫采集、處理和歷史存儲，同時進行報警管理，網(wǎng)絡(luò)管理等。

PKS系統(tǒng)基本軟件包括：

? Control Builder-控制器組態(tài)軟件包；

? Quick Builder-PLC通訊等組態(tài)軟件包；

? Display Builder-用戶流程畫面、顯示畫面組態(tài)軟件包；

? 操作員訪問許可；

? OPC接口軟件包；

? 報表軟件包；

? Modbus接口軟件包。

4 項目實施過程中疑難問題的解決

4.1 逆向數(shù)據(jù)資料讀取和確認

由于本次DCS更新改造中采用的是逆向設(shè)計方式需要先準確地讀取出原有系統(tǒng)的組態(tài)數(shù)據(jù)再由現(xiàn)場的工藝、儀表等相關(guān)人員確認，然后由設(shè)計院形成標準的設(shè)計資料，這就需要逆向設(shè)計過程中應(yīng)準確、完整表達出PROVOX系統(tǒng)內(nèi)的工藝控制方案，原有系統(tǒng)組態(tài)的數(shù)據(jù)、方案的獲取需要在OPENVMS系統(tǒng)管理員、ENVOX組態(tài)環(huán)境、SYBASE環(huán)境下執(zhí)行。在 SYBASE環(huán)境下，使用 isql查詢語言統(tǒng)計控制系統(tǒng)I/O信號的類型、量程、報警設(shè)定值等數(shù)據(jù)；逐個詳細分析復(fù)雜或特殊的控制回路，并與聚酯裝置的工藝、儀表人員研究討論，形成控制方案的描述文檔。

4.2 風送系統(tǒng)S5通訊問題的解決方案

風送系統(tǒng)采用的是西門子公司S5系列PLC控制系統(tǒng)，在國內(nèi)及西門子公司內(nèi)部了解并能夠熟練操作S5系統(tǒng)的技術(shù)人員已寥寥可數(shù)，PKS系統(tǒng)能否與風送系統(tǒng)S5通訊成功是聚酯DCS升級改造項目成功與否的關(guān)鍵技術(shù)要點之一。原有風送系統(tǒng)S5所使用的通訊是TTY卡通訊，TTY卡通訊是通過標準電流環(huán)的形式進行通訊信息轉(zhuǎn)換。這種通訊方式當今已極少應(yīng)用。我們準備了兩種方案，第一種方案是將TTY協(xié)議通過美國INFO公司ICD101A轉(zhuǎn)換成標準RS232通訊協(xié)議，再將標準RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換成RS422/RS485后通過Nport5430-16可與C300做雙向通訊，之所以想到采用此種方法是因為S5與原DCS系統(tǒng)就是通過TTY卡方式進行通訊，此種方案離線調(diào)試成功后最終作為備選方案。第二種方案是將西門子S5系統(tǒng)的通訊卡件更換成標準RS232通訊卡，修改S5系統(tǒng)硬件配置。為了能實現(xiàn)通過Nport5430-16與C300做雙向通訊，中間采用了MOXA公司的A53通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器將RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換成標準的RS485協(xié)議。此種方案中RS232通訊卡具有通用性，便于維修和更換減少對西門子早期硬件的依賴，實際應(yīng)用中最終采納了第二種方案。

4.3 現(xiàn)場調(diào)試過程中出現(xiàn)問題的解決方案

（1）在做通訊測試時發(fā)現(xiàn)按照原有DCS系統(tǒng)的資料進行組態(tài)，發(fā)現(xiàn)大部分通訊點的狀態(tài)不正確。因為老的系統(tǒng)通訊方式采用的是字符串通訊方式，加上老系統(tǒng)進行了幾次改造，依照原有的通訊點表進行測試錯誤率極高，只能通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)的方式對原有通訊數(shù)據(jù)進行逐點分析及排查，最終找出了通訊傳輸?shù)囊?guī)律。

（2）在與電氣的DI點進行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)有部分現(xiàn)場儀表狀態(tài)信號與DCS指示狀態(tài)相反，經(jīng)過對回路檢查發(fā)現(xiàn)在電氣MCC室處有回路共負端現(xiàn)象，此種情況對DCS來說存在著重大安全隱患，為確保DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在所有與電氣連接的DI點回路上增加繼電器起到隔離作用，以防止DCS系統(tǒng)串入大電流將系統(tǒng)卡件燒壞。

（3）回路聯(lián)校中發(fā)現(xiàn)部分模擬儀表4～20mA信號無法在PKS系統(tǒng)中正確指示，經(jīng)檢查確認現(xiàn)場儀表為四線制信號，通過在回路上增加KFD2-STC4-EX1安全柵后不僅實現(xiàn)了原有四線制儀表功能，而且使DCS上指示正常。

5 結(jié)語

2012年末聚酯裝置相繼投料開車，裝置運行穩(wěn)定。通過聚酯裝置控制系統(tǒng)跨平臺升級改造，不僅解決了原有控制系統(tǒng)硬件老化帶來的頻繁故障，而且優(yōu)化了原有的控制方案提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和開放性；聚酯裝置DCS改造是采用逆向設(shè)計的方法把PROVOX系統(tǒng)成功地升級為第三方Experion PKS300系統(tǒng)。新系統(tǒng)的成功投用，為國內(nèi)其他大型化工廠老的DCS改造提供了可借鑒的經(jīng)驗。

[1] HoneyWell PKS系統(tǒng)手冊[Z].

[2] 朱克堅, 田守福. 霍尼韋爾PKS在苯和碳九工業(yè)實驗裝置上的應(yīng)用[Z]. Honeywell用戶期刊. 2012, 03.

[3] 呂品, 林佳軍, 韓小雪. 大型化工裝置DCS更新改造的設(shè)計及研究[J]. 中國儀器儀表, 2012.

鄭文革（1969-），男，遼寧遼陽人，高級工程師，1991年畢業(yè)于大連理工大學(xué)生產(chǎn)過程自動控制專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)任遼陽石化公司儀表廠系統(tǒng)工程車間主任、遼陽石化公司儀表專家，主要從事控制系統(tǒng)（DCS、PLC、SIS等）集成、軟件開發(fā)等方面的工作。

樊安亮（1980-），男，河北青龍人，工程師，本科，2002年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油遼陽石化公司尼龍廠，主要從事自動化儀表現(xiàn)場維護與運行管理方面的工作。