藍(lán)宇棟

（中海煉化 惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

中海油惠州煉化840000t芳烴聯(lián)合裝置自2009年投產(chǎn)，其二甲苯吸附單元是產(chǎn)出附加值較高的對二甲苯（PX）的單元。為了能夠最大限度地產(chǎn)出對二甲苯，引進(jìn)IFP的Eluxyl工藝包，Eluxyl工藝包基于模擬逆流吸附的概念。

在實(shí)際的逆流吸附中，塔中的液體溶劑相逆流循環(huán)到固體選擇性吸附劑相。為了模擬固體吸附劑顆粒的循環(huán)，要不斷地移動(dòng)進(jìn)料、反洗液及解吸劑的注入位置、抽出液和抽余液的抽出位置。因此需要對吸附塔工段的144個(gè)開關(guān)閥（144個(gè)電磁閥點(diǎn)、288個(gè)開、關(guān)回訊點(diǎn)）和7個(gè)高精度調(diào)節(jié)閥、24個(gè)床層旁路調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行精確的測量與控制，并且對運(yùn)行部件進(jìn)行狀態(tài)診斷并及時(shí)做出響應(yīng)。

在模擬移動(dòng)床吸附分離的工程中，比較重要的參數(shù)一般有：塔的操作壓力、操作溫度、各區(qū)流量、流體狀況、含水量等。而在實(shí)際操作中塔的操作溫度和壓力一般控制恒定[1]。

在一個(gè)工段上使用了如此數(shù)量的開關(guān)閥，其日常運(yùn)行時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性將提出更高的要求，以確保在一個(gè)或多個(gè)開關(guān)閥故障時(shí)不會(huì)造成吸附塔憋壓或失壓的事故。因此，吸附塔工段的控制采用AXENS設(shè)計(jì)建造的順序控制系統(tǒng)（以下簡稱SCS，Sequential Control System），用以控制對二甲苯吸附塔周邊儀表設(shè)備運(yùn)作。

總體來說，SCS系統(tǒng)可以分為監(jiān)控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)兩部分。

1 監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)[2]

由于SCS負(fù)責(zé)控制Eluxyl單元的操作，因此需要非常高的自由度。其PLC系統(tǒng)是完全冗余的，而監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)則是硬件冗余的。

監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)由兩臺安騰計(jì)算機(jī)服務(wù)器、3臺PC控制臺和3臺打印機(jī)組成。該系統(tǒng)被用于跟蹤Eluxyl單元的各種動(dòng)態(tài)（參數(shù)瀏覽、趨勢調(diào)用、軟硬件診斷等），并且允許對Eluxyl的順序控制進(jìn)行組態(tài)和調(diào)整。

如圖1，安騰計(jì)算機(jī)服務(wù)器（Hewlett Packard制造）以集群組態(tài)運(yùn)行，其允許兩個(gè)硬件系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)其中一個(gè)系統(tǒng)崩潰時(shí)，還可以在另一個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行SCS的應(yīng)用程序。

服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用HP專利的OpenVMS系統(tǒng)，它以穩(wěn)定性和可靠性著稱，這對于管理24h不間斷運(yùn)行的吸附單元來說非常關(guān)鍵。

在安騰服務(wù)器的擴(kuò)展機(jī)架上還安裝著兩臺冗余交換機(jī)、兩臺冗余磁盤陣列控制器（HP Modular SAN Array 1000，簡稱MSA1000）和5個(gè)硬盤。其中兩個(gè)系統(tǒng)硬盤（互為鏡像）內(nèi)裝操作系統(tǒng)OpenVMS，兩個(gè)用戶硬盤（互為鏡像）內(nèi)裝SCS應(yīng)用程序，第5個(gè)數(shù)據(jù)硬盤則用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)（非冗余）。

圖1 監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of the monitoring system

圖2 PX吸附塔工段的基本結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Basic structure diagram of the PX adsorption tower section

5個(gè)硬盤均由兩個(gè)互為冗余的MSA1000控制器管理。

對兩個(gè)系統(tǒng)硬盤而言，其內(nèi)部分區(qū)分為兩部分，一個(gè)分區(qū)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，另一個(gè)分區(qū)內(nèi)含“quorum”文件，正是這個(gè)程序文件使得兩臺計(jì)算機(jī)組成的集群模式得以順利運(yùn)行。

如圖2，監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)、冗余式PLC、PC拉曼光譜分析儀、DCS/ESD（SIS）系統(tǒng)通過兩個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)互連，一共有4臺思科（Cisco）交換機(jī)用來管理這些網(wǎng)絡(luò)。

即使監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路臨時(shí)中斷，PLC系統(tǒng)也會(huì)繼續(xù)自動(dòng)運(yùn)作，只是這段時(shí)間內(nèi)操作員無法對Eluxyl單元進(jìn)行操作動(dòng)作。

2 PLC系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)直接連接到現(xiàn)場，專門為對二甲苯吸附塔工段服務(wù)，其組態(tài)采用西門子制造的分布式I/O的容錯(cuò)式中央控制器S7-400H。

在Eluxyl吸附塔工段周圍，PLC系統(tǒng)負(fù)責(zé)讀取過程信息（包括閥位、限位開關(guān)狀態(tài)、壓力、流量測量等），并負(fù)責(zé)管理吸附塔周邊的控制器和開關(guān)閥的通斷。

圖3 PLC系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)Fig.3 Bus structure of PLC system

SCS的PLC系統(tǒng)采用冗余式的設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到PLC出現(xiàn)故障信息，可以在不停止裝置運(yùn)行的情況下修復(fù)故障。兩個(gè)中央控制器處于動(dòng)態(tài)協(xié)作的狀態(tài)，平時(shí)由主控制器控制生產(chǎn)過程，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，副控制器將會(huì)自動(dòng)接管控制權(quán)。

兩個(gè)S7-400H中央控制器通過兩塊獨(dú)立單元的以太網(wǎng)卡接入以太網(wǎng)。管理員可以通過工程師站上的PCS7程序?qū)LC內(nèi)含的AXENS應(yīng)用程序進(jìn)行管理。

比如，Eluxyl的吸附塔一共有24個(gè)床層，在SCS程序的控制下，有7股液流被注入、抽出、循環(huán)。這7股液流在SCS的監(jiān)控下受7個(gè)控制器所控制。由SCS系統(tǒng)的PLC來執(zhí)行控制，由PLC系統(tǒng)中的4mA～20mA模擬I/O卡件實(shí)現(xiàn)對高精度調(diào)節(jié)閥的控制。

同時(shí)，所有的分立式I/O卡件均是冗余設(shè)計(jì)的，允許維護(hù)人員在不擾動(dòng)關(guān)聯(lián)的冗余卡件工作的情況下更換故障的卡件。

如圖3，DP主系統(tǒng)是指CPU與分立式I/O元件之間的連接鏈路，它通過PROFIBUS DP[PROFIBUS DP，是一種依照IEC 61784-1：2002 Ed1 CP 3/1標(biāo)準(zhǔn)，并使用DP傳輸協(xié)議（DP是德語縮寫，意為“分立式I/O”）的開放式總線系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)CPU與分立式I/O元件的數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視PROFIBUS DP的狀態(tài)。

PLC系統(tǒng)中，有兩個(gè)冗余現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（稱為“DP主系統(tǒng)1和2”）。通過PROFIBUS 1和PROFIBUS 2，將兩個(gè)主CPU A和B與DP從設(shè)備連接起來。

DP從設(shè)備是指分立式的I/O元件，內(nèi)含編譯器等元件，以將現(xiàn)場的各種傳感器或執(zhí)行器信息通過PROFIBUS DP和CPU通信。對SCS的PLC系統(tǒng)來說，用以監(jiān)控SCS系統(tǒng)所有重要儀表的DI/DO/AI/AO卡件都被集中安裝在型號為IM153-2的接口模塊與I/O卡件組成的ET-200M導(dǎo)軌上。

即使某個(gè)接口模塊IM153-2上的PROFIBUS電纜被拔出，整個(gè)鏈路仍可保持導(dǎo)通，不會(huì)影響到前、后鏈路上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，只要該DP從設(shè)備的冗余部件還在正常工作，那么就不會(huì)影響到SCS的正常運(yùn)作。

3 軟件系統(tǒng)

SCS的軟件系統(tǒng)由AXENS設(shè)計(jì)，它支持多系統(tǒng)、多任務(wù)環(huán)境，分為兩部分。

第一部分加載在PLC系統(tǒng)中，用于進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，比如將開關(guān)閥組從一個(gè)床層切換到另一個(gè)床層、控制器的實(shí)時(shí)計(jì)算、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的觸發(fā)、當(dāng)故障發(fā)生時(shí)作出快速的響應(yīng)等。

第二部分加載在監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)中，作為人機(jī)界面使用。以便于同時(shí)顯示多個(gè)任務(wù)，使得操作員能夠在非常安全的條件下，在不同的操作站上平行處理若干個(gè)操作，能夠在線調(diào)節(jié)順序控制的參數(shù)（需要權(quán)限）、改變參數(shù)設(shè)定值、監(jiān)視單元的詳細(xì)信息。

4 SCS監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)硬件異常處理

事件概述：

工藝操作員發(fā)現(xiàn)操作站PC2和PC3 HMI的數(shù)據(jù)異常，指令無法發(fā)出、執(zhí)行。經(jīng)檢查所有PC控制臺均與監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)的通訊異常，操作員無法對PLC的運(yùn)行進(jìn)行任何干預(yù)，吸附塔工段陷入了“全自動(dòng)”無人監(jiān)管的境況。

檢查處理：

維護(hù)人員將PC1（工程師站）和PC3重啟后，HMI軟件無法啟動(dòng)，彈出提示“與155.1.1.1”連接不上。而155.1.1.1為SCS監(jiān)控機(jī)系統(tǒng)Itanium 1服務(wù)器的IP地址（見圖X），初步懷疑系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中斷或者監(jiān)控機(jī)服務(wù)器故障。

但在PC1上使用DECterm命令行窗口遠(yuǎn)程登錄OpenVMS系統(tǒng)時(shí)，使用PING命令155.1.1.1/155.1.1.3（服務(wù)器Itanium 2）時(shí)均可以連上Itanium 1和Itanium 2，這說明交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常。

這時(shí)，未重啟的操作站PC2仍然繼續(xù)接收生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但任何操作指令仍無法執(zhí)行。

檢查監(jiān)控機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)磁盤控制器MSA1000下掛的BAY 9（用戶硬盤，RAID 1下與BAY 2的用戶硬盤互為鏡像）故障報(bào)警燈亮起，查看MSA1000日志，提示BAY 9磁盤故障。初步判斷為服務(wù)器的磁盤控制器MSA1000故障引起部分訪問中斷，部分用戶程序（SCS）進(jìn)程停止，上行數(shù)據(jù)訪問中斷，下行數(shù)據(jù)訪問正常。

維護(hù)人員更換了故障硬盤，系統(tǒng)根據(jù)鏡像自動(dòng)重建BAY 9磁盤數(shù)據(jù)并同步。同步完成后，在監(jiān)控機(jī)上KVM（Keyboard/Vision/Mouse）顯示器仍舊黑屏。

嘗試依次重啟Itanium 1和Itanium 2，啟動(dòng)畫面顯示已發(fā)現(xiàn)主機(jī)和啟動(dòng)路徑，但卡在啟動(dòng)畫面無法繼續(xù)啟動(dòng)，這時(shí)PC2操作站的HMI畫面也異常退出，重啟HMI軟件同樣提示與155.1.1.1無法連接。

進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)安騰主機(jī)識別存儲(chǔ)的UUID（通用唯一識別碼）有問題，需要進(jìn)行重置。拔出左側(cè)MSA1000控制器，重新設(shè)置右控制器的unit_id。再次啟動(dòng)主機(jī)Itanium 1和2，系統(tǒng)和用戶程序均正常啟動(dòng)。

從處理過程來看，不光BAY 9的用戶硬盤發(fā)生了故障，右側(cè)MSA1000控制器也存在某種軟/硬件缺陷，由于故障前所有的5個(gè)硬盤數(shù)據(jù)（SYSTEM、USER、DATA？）均通過右側(cè)MSA1000控制器共享給Itanium 1和2，故障發(fā)生時(shí)進(jìn)程管理也被右側(cè)MSA1000的故障鎖死，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)程無法順利切換至左側(cè)MSA1000控制器，而按照一般情況，MSA1000控制器的故障并不會(huì)影響系統(tǒng)和用戶程序的正常切換。

此次故障，判斷為硬件存在缺陷而導(dǎo)致冗余失效，因此后續(xù)更換了右側(cè)MSA1000控制器。

5 結(jié)束語

中海煉化惠州煉化項(xiàng)目84萬噸/年芳烴聯(lián)合裝置自投產(chǎn)以來，PX吸附單元作為其最高附加值產(chǎn)品產(chǎn)出單元，一直受到公司各方關(guān)注，SCS系統(tǒng)自2009年投用，總體表現(xiàn)良好，其對開關(guān)閥、渦輪流量計(jì)等儀表設(shè)備故障迅速準(zhǔn)確的響應(yīng)，使得維護(hù)人員有充足的時(shí)間應(yīng)對故障維修，并且其自由度很高的操作員/工程師人機(jī)界面也使日常的檢查與故障檢查變得更輕松。

[1]丁明.吸附分離技術(shù)在PX工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用[J].化學(xué)工程與裝備,2009,11:61-66.

[2]AXENS SCS Automation Book[Z].