引言
本文介紹了EXPERION PKS 系統(tǒng)原理，在延長石油集團榆林煉油廠重整加氫及苯抽提搬遷裝置上的配置情況，對投用前裝置系統(tǒng)安裝、調(diào)試等進行說明，并對裝置EXPERION PKS系統(tǒng)提出了進一步的建議。
1. 裝置概述
“陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司煉化公司榆林煉油廠延安煉油廠重整-加氫裝置異地搬遷及相關(guān)配套改造工程”項目是將原延安煉油廠的重整裝置及加氫裝置異地搬遷到榆林煉油廠，并新建苯抽提裝置。
原重整、加氫裝置采用的是CENTUM-CS 系統(tǒng)，于1995 年由原西儀橫河公司負責(zé)供貨實施并投入使用。該DCS 運行了近13 年，進入故障高發(fā)期，硬件日趨老化，故障頻繁。
本次搬遷新上一套DCS系統(tǒng)，用于重整、加氫、苯抽提裝置及公用工程的調(diào)節(jié)、記錄、指示、積算、報警等功能操作。整個DCS 控制系統(tǒng)由控制站、操作站、工程師站、打印機和輔助操作臺等設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器等組成。
本項目按3個獨立的控制單元配置，即30 萬噸/年催化重整裝置、40 萬噸/年柴油加氫精制裝置、10 萬噸/年苯抽提裝置
2. HONEYWELL EXPERION PKS系統(tǒng)介紹
EXPERION PKS(Process Knowledge System)系統(tǒng)是Honeywell公司最近推出的新一代控制系統(tǒng),它繼承了傳統(tǒng)DOS的優(yōu)點,同時又融合新的技術(shù)突破,是一套比TPS系統(tǒng)更趨完善的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)累積了霍尼韋爾多年來在過程控制、資產(chǎn)管理、行業(yè)知識等方面積累的經(jīng)驗，采用最先進的開放平臺和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為工業(yè)企業(yè)提供一個統(tǒng)一的、全廠的、自動過程控制、設(shè)備和資產(chǎn)管理、直至生產(chǎn)管理、集成制造等一體化的知識系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和全系列的解決方案。Experion PKS 系統(tǒng)能滿足各種自動化應(yīng)用要求，為過程控制、SCADA 應(yīng)用提供一個完全開放的平臺，是滿足業(yè)界要求的高性能、高靈活性、高可靠性的控制系統(tǒng)。
PKS系統(tǒng)基于Windows 2003 Server服務(wù)器操作系統(tǒng)平臺, 利用高速動態(tài)緩存區(qū)采集實時數(shù)據(jù),提供報警、顯示操作、歷史數(shù)據(jù)采集、報表報告等服務(wù)功能；HMIWeb技術(shù)基于工業(yè)標準的html文件格式和Web瀏覽器的訪問界面；基于CEE執(zhí)行環(huán)境的新一代C300控制器；面向?qū)ο蟮慕M態(tài)工具；FTE容錯以太網(wǎng)絡(luò)。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.1 主要的硬件部分
2.1.1 控制防火墻（CONTROL FIREWALL）
C200控制器、操作站和服務(wù)器不能連接到控制防火墻，但是C300控制器必須與控制防火墻連接，控制防火墻通過UPLINK可以連接到交換機上?？梢允沟脧V播信息風(fēng)暴得到抑制，C300控制器不受上層IP網(wǎng)絡(luò)通訊量的影響。
2.1.2 C300控制器
C300 是新一代控制器，它完全拋棄了其它同類產(chǎn)品卡件與接線組件分別安裝的傳統(tǒng)理念，呈現(xiàn)給用戶一個全新的設(shè)計，它將電子模塊、電源分配、網(wǎng)絡(luò)連接和信號接線組件集成在一塊卡板上，這種設(shè)計顯著的節(jié)省了空間（節(jié)省30%），并提高了系統(tǒng)的可靠性（>99.992%）。
C300 控制器上集成的接口包括：容錯以太網(wǎng)FTE 接口、GPS 時鐘同步器接口（分辨率達1mS）、I/O Link 接口以及用于控制器冗余的接口?？刂破魃嫌蠪TE地址撥碼開關(guān)，可以撥到相應(yīng)的位置，本項目的重整、加氫、苯抽提的控制器地址分別為1、3、5。
控制器冗余配置時，采用兩個完全相同控制器，從而可以實現(xiàn)真正意義上的全冗余，基本控制器和冗余控制器之間的同步對用戶是完全透明的,兩控制器完全相同，物理上沒有主副之分，誰先運行誰為主。當(dāng)控制器故障發(fā)生時自動進行切換，切換時間對應(yīng)用來說是可以忽略不計的。
2.1.3 C系列I/O卡件
有HART AI卡、LLMUX卡、HART AO卡、DI卡、DO卡，卡件上有相應(yīng)的地址跳線。
2.1.4 通訊網(wǎng)絡(luò)FTE
服務(wù)器通過專利技術(shù)的FTE（FAULT TOLERANT ETHERNET容錯以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)和控制器通訊，服務(wù)器和操作員站之間也通過容錯以太網(wǎng)通訊。FTE是PKS的控制網(wǎng)絡(luò)，提供了容錯的特點以及快速的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)，而且提供了工業(yè)以太網(wǎng)控制應(yīng)用的安全性。容錯以太網(wǎng)意味著網(wǎng)絡(luò)是冗余配置（物理），但是采用單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（邏輯），所以切換速度快可達1秒，它可提供比普通以太網(wǎng)更多的通訊路徑，以先進的多路由選擇替代雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)冗余模式網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)TE節(jié)點之間有4條路徑。
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2.2 軟件部分
2.2.1 控制策略的組態(tài)軟件（Control Builder）
可以創(chuàng)建C300控制器和相應(yīng)C系列的卡件。Control Builder組態(tài)全部采用圖形化的工具，系統(tǒng)的控制程序是以CM（控制模塊）為基本單位，可以單獨從控制器中上裝、下裝。每個CM有自己的控制周期，這個周期必須為CEE(控制執(zhí)行環(huán)境)周期的倍數(shù)，CEE周期有5ms,50ms兩種，我們在工程中選用50ms的CEE。
2.2.2 系統(tǒng)服務(wù)器的組態(tài)軟件
用于過程實時數(shù)據(jù)采集、操作、趨勢、報告、打印、事故報警等功能的服務(wù)器軟件，它基于Windows 2003 SERVER設(shè)計，系統(tǒng)的所有組件集成為一體。當(dāng)用戶創(chuàng)建的控制策略下裝時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)同時自動下裝到控制處理器和系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中自動建立每個組態(tài)生成的模塊（CM、SCM、IOM等）所對應(yīng)的點，控制器和PKS服務(wù)器使用統(tǒng)一的位號點名稱。本項目中Experion PKS過程系統(tǒng)的服務(wù)器是冗余配置的，以提供更高等級的可靠性。 系統(tǒng)服務(wù)器的組態(tài)軟件還包含以下組態(tài)軟件：
?Quick Builder 系統(tǒng)資源組態(tài)軟件：
組態(tài)系統(tǒng)硬件，例如FLEX操作站、打印機、第三方控制器中相應(yīng)的標準點。
?Enterprise Model Builder 企業(yè)模型組態(tài)：
組態(tài)和分配Asset。定義每個操作站對Asset的操作權(quán)限，從而規(guī)定此站的操作工對過程操作的權(quán)限。
2.2.3 流程圖繪制軟件HMIWeb Display Builder
PKS的人機界面采用HMIWeb技術(shù)。HMIWeb使用HTML作為用戶顯示畫面格式，可通過操作員站（Station）環(huán)境或IE瀏覽器來顯示和操控過程顯示畫面。系統(tǒng)還提供了大量的標準顯示畫面：菜單導(dǎo)航、報警匯總、事件匯總、趨勢、操作組、點細目、系統(tǒng)狀態(tài)、回路調(diào)節(jié)、診斷和維護、匯總等。
3. 控制方案在EXPERION PKS 系統(tǒng)上的實現(xiàn)
3.1 I/O 點數(shù)統(tǒng)計
根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控要求，重整、加氫、苯抽提PKS系統(tǒng)要檢測和控制的點的數(shù)量（I/O點）如下表：
此外，一套ESD系統(tǒng)、16個MTL多路溫度采集器分別都需要和PKS通訊，在DCS系統(tǒng)進行顯示，共計17個通訊接口。
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3.2 硬件配置
根據(jù)I/O點數(shù)及裝置的監(jiān)控要求，考慮備用余量，配置了一對控制防火墻，三對冗余控制器，3個C系列I/O機柜和一個網(wǎng)絡(luò)柜。一對冗余的服務(wù)器，8臺FLEX操作員站，四臺CISCO交換機和三臺作為TERMINAL SERVER的MOXA SERIAL NPORT 5630-8。
4. 系統(tǒng)組態(tài)、安裝調(diào)試
4.1 控制策略組態(tài)(控制器內(nèi)程序)
根據(jù)設(shè)計院提供的IO數(shù)據(jù)表、P&ID圖及相關(guān)邏輯，在機柜中確認所有的I/O卡件位置以及地址，分配好所有的I/O點通道，建立從機柜－卡件－通道的IO接線信息表，以便隨時查到相關(guān)信息； 然后在Control Builder程序中，創(chuàng)建三對C300控制器（分別對應(yīng)重整、加氫、苯抽提三套裝置），再分別添加相應(yīng)的I/O卡件 ，并將所有卡件分配到對應(yīng)的控制器中；新建各種CM，然后將I/O通道塊分配定位到I/O卡上；下裝控制器、I/O卡、CM點，聯(lián)機調(diào)試。
具體的特點:
?各種控制點的控制周期選擇
DCS和PLC的一個區(qū)別是DCS控制點的運算周期是可以預(yù)先確定的，而PLC一般無法預(yù)先確定。 我們常用的周期是：模擬采集CM為1秒，數(shù)字采集CM為1秒，模擬控制回路CM為0.5秒，數(shù)字控制CM為1秒，順序控制SCM為1秒。確定每個CM的周期可以清楚的知道每個控制策略的反應(yīng)時間，既不浪費系統(tǒng)資源，又保證系統(tǒng)的處理速度。每個CM還有一個相位的問題，共有40個相位可選，這樣可以確保在任何時間內(nèi)的CPU負荷平衡。
?數(shù)字控制回路DEVCTLA
也就是兩位式的閥門控制，有兩個閥門回訊DI信號，指示閥門全開、全關(guān)；一個輸出控制DO信號，根據(jù)回訊信號，可以判斷出閥門可能的四種狀態(tài)：全開、全關(guān)、運行中、故障。當(dāng)開閥信號發(fā)出后，經(jīng)過時間T1，開回訊信號沒來，或者當(dāng)關(guān)閥信號發(fā)出后，經(jīng)過時間T2，關(guān)回訊信號沒來需要報警。
4.2 第三方控制器通訊點的組態(tài)
在MOXA SERIAL NPORT 5630-8中設(shè)置Baud Rate、 Parity Check 、Data Bits 、Stop Bits以及Serial Interface:RS-485 2-Wire。
在Quick Builder中建立Channels,設(shè)置Terminal Server、 Modbus RTU；再建立Controllers,設(shè)置Data Table類型：Digital Output、Digital Input 、Input Register 、Holding Register；最后建立Points,設(shè)置PV Source Address, Point Id填寫在DCS操作站中該通訊點調(diào)用顯示的位號。
以上的通訊參數(shù)設(shè)置必須和第三方系統(tǒng)即ESD系統(tǒng)、MTL多路溫度采集器中的設(shè)置一致，而且數(shù)據(jù)類型及相應(yīng)的地址必須正確。
另外在建立Points時PV Source Address的設(shè)置格式：例如MTL多路溫度采集器為MTLCONMOD1 15 U16B（AI點），Range Value為0-6553。
4.3 流程圖畫面組態(tài)
用HMIWeb Display Builder程序繪制工藝流程圖，然后在Station中進行歷史數(shù)據(jù)采集、操作組、趨勢組、、報告以及安全性等的設(shè)置。 PKS系統(tǒng)提供了大量的標準顯示畫面，除了需要繪制工藝流程圖，像報警、歷史數(shù)據(jù)等其他功能顯示界面，不要再進行圖形繪制，系統(tǒng)是標準化的，只填入?yún)?shù)即可。
下面列出一些主要的監(jiān)控畫面：
圖3 預(yù)加氫部分
圖4 重整反應(yīng)部分
圖5 抽提塔部分
5. 安裝接線
本重整、加氫、苯抽提PKS系統(tǒng)采用C系列的I/O，共有3個控制柜和一個網(wǎng)絡(luò)柜，從安全柵柜過來的信號線接到卡件的接線端子上，其他不需要經(jīng)過安全柵的信號均使用繼電器或中間端子后連接到系統(tǒng)柜卡件。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)電纜的連接一定要注意，兩臺交換機之間的級聯(lián)線是CROSS OVER CABLE，另外網(wǎng)絡(luò)線的顏色是黃色FTE A，綠色FTE B。
6. 小結(jié)
EXPERION PKS系統(tǒng)在榆煉重整、加氫、苯抽提裝置是第一次應(yīng)用，在裝置設(shè)計、組態(tài)過程中經(jīng)過了大量的調(diào)試、修改工作，并盡最大的可能滿足了工藝的操作要求，目前系統(tǒng)已經(jīng)運抵現(xiàn)場正在進行現(xiàn)場調(diào)試的考驗。
（轉(zhuǎn)載）
