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EXPERIONPKS系统在260万吨蜡油加氢装置中的应用

2011-01-13 17:40
Hsiao Chen
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摘要:介绍了EXPERION  PKS系统新的特点,包括主要的硬件部分、软件部分,以及系统在金陵分公司260万t/a蜡油加氢处理装置的应用情况,特别是装置的控制方案在EXPERION PKS系统上的具体实现,并且说明了PKS系统用SCM编写顺控程序的应用特点以及与第三方系统通讯时在Quick Builder中的组态设置。

关键词:C300;容错以太网;SCM顺控程序;通讯

一 装置概述
        260万t/a蜡油加氢处理装置是为提高金陵分公司加工高硫原油能力、改善催化裂化装置原料品质(使汽油产品能满足国III标准,降低污染物排放)而建的装置。装置设计原料油为沙轻减压蜡油、沙中减压蜡油和焦化蜡油的混合油;产品为石脑油、柴油、加氢处理蜡油。装置由反应部分、分馏部分、脱硫部分和辅助部分组成,共有反应器1台、加热炉2台、塔6座、换热器24台、机泵46台、空冷器17片、各类容器38台。

二 HONEYWELL EXPERION PKS系统介绍(见图一)
        EXPERION PKS(Process Knowledge System)系统是Honeywell公司最近推出的新一代控制系统,它继承了传统DOS的优点,同时又融合新的技术突破,是一套比TPS系统更趋完善的控制系统。


        PKS系统基于Windows 2000的服务器, 利用高速动态缓存区采集实时数据,提供报警、显示操作、历史数据采集、报表报告等服务功能;HMIWeb技术基于工业标准的html文件格式和Web浏览器的访问界面;基于CEE执行环境的新一代C300控制器;面向对象的组态工具;FTE容错以太网络。


1 主要的硬件部分

A 控制防火墙(CONTROL FIREWALL):


        C200控制器、操作站和服务器不能连接到控制防火墙,但是C300控制器必须与控制防火墙连接,控制防火墙通过UPLINK可以连接到交换机上。可以使得广播信息风暴得到抑制,C300控制器不受上层IP网络通讯量的影响。


B C300控制器:

        控制器冗余配置时,采用两个完全相同控制器,从而可以实现真正意义上的全冗余,基本控制器和冗余控制器之间的同步对用户是完全透明的,两控制器完全相同,物理上没有主副之分,谁先运行谁为主。当控制器故障发生时自动进行切换,切换时间对应用来说是可以忽略不计的。


        每个C300控制器有2个I/O LINK接口和一个CEE。控制器上有FTE地址拨码开关,可以拨到相应的位置,260万t/a蜡油加氢控制器地址为131、132;133、134。


C  C系列I/O卡件:

         有HART AI卡、LLMUX卡、HART AO卡、DI卡、DO卡,卡件上有相应的地址跳线开关。


D 通讯网络FTE:

        服务器通过专利技术的容错以太网FTE和控制器通讯,服务器和操作员站之间也通过容错以太网通讯。FTE(FAULT TOLERANT ETHERNET)是PKS的控制网络,提供了容错的特点以及快速的网络响应,而且提供了工业以太网控制应用的安全性。容错以太网意味着网络是冗余配置(物理),但是采用单一网络结构(逻辑),所以切换速度快可达1秒,它可提供比普通以太网更多的通讯路径,以先进的多路由选择替代双网结构的传统冗余模式网络,FTE节点之间有4条路径。


2  软件部分

A 控制策略的组态软件(Control Builder):

        可以创建C300控制器和相应C系列的卡件。Control Builder组态全部采用图形化的工具,系统的控制程序是以CM(控制模块)为基本单位,可以单独从控制器中上装、下装。每个CM有自己的控制周期,这个周期必须为CEE(控制执行环境)周期的倍数,CEE周期有5ms,50ms两种,我们在工程中就用50ms的CEE。


B 系统服务器的组态软件:

        用于过程实时数据采集、操作、趋势、报告、打印、事故报警等功能的服务器软件,它基于Windows 2000 SERVER设计,系统的所有组件集成为一体。当用户创建的控制策略下装时,相应的数据同时自动下装到控制处理器和系统服务器数据库中,在服务器数据库中自动建立每个组态生成的模块(CM、SCM、IOM等)所对应的点,控制器和PKS服务器使用统一的位号点名称。本项目中Experion PKS过程系统的服务器是冗余配置的,以提供更高等级的可靠性。 系统服务器的组态软件还包含以下组态软件:

   B-1 Quick Builder 系统资源组态软件:

        组态系统硬件,例如FLEX操作站、打印机、第三方控制器中相应的标准点。


        B-2 Enterprise Model Builder 企业模型组态:

        组态和分配Asset。定义每个操作站对Asset的操作权限,从而规定此站的操作工对过程操作的权限。


C 流程图绘制软件HMIWeb Display Builder:

        PKS的人机界面采用HMIWeb技术。HMIWeb使用HTML作为用户显示画面格式,可通过操作员站(Station)环境或IE浏览器来显示和操控过程显示画面。系统还提供了大量的标准显示画面:菜单导航、报警汇总、事件汇总、趋势、操作组、点细目、系统状态、回路调节、诊断和维护、汇总等。


三  控制方案在EXPERION PKS系统上的实现

1  I/O点数统计

        根据系统监控要求,260万t/a蜡油加氢PKS系统要检测和控制的点的数量(I/O点),为AI 447点、AO 136点、DI 96点、DO 68点、TC 144点、RTD 64点。 此外,ESD系统、MTL多路温度采集器、机泵运行状态、3500系统,分别都需要和PKS通讯,在DCS系统进行显示,共计523个通讯点。


2  硬件配置

        根据I/O点数及装置的监控要求,考虑备用余量,配置了一对控制防火墙,两对冗余控制器,4个C系列I/O机柜和一个网络柜。一对冗余的服务器,一台FLEX工程师站,4台CONSOLE操作站。两台CISCO交换机和两台作为TERMINAL SERVER的MOXA SERIAL NPORT 5630-8。


3  系统组态、安装调试

3.1控制策略组态(控制器内程序)

        根据前面设计部门给出的硬件配置,在机柜中确认所有的I/O卡件位置以及地址,分配好所有的I/O点通道,建立从机柜-卡件-通道的台帐,以便随时查到相关信息; 然后在Control Builder程序中,创建两对C300控制器,分别添加相应的I/O卡件 ,再将所有卡件分配到对应的控制器中;新建各种CM,然后将I/O通道块分配定位到I/O卡上;下装控制器、I/O卡、CM点,联机调试。


具体的特点:

A各种控制点的控制周期选择:

        DCS和PLC的一个区别是DCS控制点的运算周期是可以预先确定的,而PLC一般无法预先确定。 我们常用的周期是:模拟采集CM为1秒,数字采集CM为0.1秒,模拟控制回路CM为0.5秒,数字控制CM为0.1秒,顺序控制SCM为1秒。确定每个CM的周期可以清楚的知道每个控制策略的反应时间,既不浪费系统资源,又保证系统的处理速度。每个CM还有一个相位的问题,共有40个相位可选,这样可以确保在任何时间内的CPU负荷平衡。


B 数字控制回路DEVCTLA:

        也就是两位式的阀门控制,有两个阀门回讯DI信号,指示阀门全开、全关;一个输出控制DO信号,根据回讯信号,可以判断出阀门可能的四种状态:全开、全关、运行中、故障。 当开阀信号发出后,经过时间T1,开回讯信号没来,或者当关阀信号发出后,经过时间T2,关回讯信号没来需要报警。


C 原料油过滤器的SCM程序:

        260万t/a蜡油加氢采用的是温州海米特公司的ZFG-Ⅱ型自动反冲洗过滤系统,过滤器流程见下图三。 装置设有A、B、C三个过滤容器,工艺操作时,运行方式可以选择是交替模式(两开一备)或者并联运行模式,初始状态下所有自控阀门处于关闭状态。         

      本过滤器的所有控制阀及仪表为32个,其中21个控制阀、8个液位开关、1个压力变送器、1个差压变送器、1个液位变送器,为了保证产品质量,保证运行的可靠性,每个控制阀都配有回讯器,使得程序控制系统能够随时监控阀门的工作状态。每个过滤器上的7台阀门分别是:XCV1061原料进口阀,XCV1062原料出口阀, XCV1063下排气阀,XCV1064上排气阀,XCV1065进气阀,XCV1066快排阀,XCV1067柴油进口阀。


        该过滤系统的交替或并联运行模式选择,自动反冲程序,柴油浸泡反冲程序以及各个过程中阀门动作的时间和先后顺序都是用PKS系统的SCM编写的顺控程序自动执行的,其中包括主程序MAIN以及HANDLER:START、HOLD、RESTART、INTERRUPT,编写调试应用后效果很理想。

3.2 第三方控制器通讯点的组态


1) 在MOXA SERIAL NPORT 5630-8中设置Baud Rate、 Parity Check 、Data Bits 、Stop Bits以及Serial Interface:RS-485 2-Wire。


2) 在Quick Builder中建立Channels,设置Terminal Server、 Modbus RTU;再建立Controllers,设置Data Table类型:Digital Output、Digital Input 、Input Register 、Holding Register;最后建立Points,设置PV Source Address, Point Id填写在DCS操作站中该通讯点调用显示的位号。


3) 以上的通讯参数设置必须和第三方系统即ESD系统、MTL多路温度采集器、机泵运行状态系统、3500系统中的设置一致,而且数据类型及相应的地址必须正确。


4) 另外在建立Points时PV Source Address的设置格式:ESD系统为ESDCONMOD1 10(DO点) ,ESDCONMOD2 100(DI点),ESDCONMOD3 11 AI150(AI点),ESDCONMOD4 1 AI100(AO点);   MTL多路温度采集器为MTLCONMOD1 15 U16B(AI点),Range Value为0-6553;  机泵运行状态系统为LOWMOD1 2(DI点),HIGHMOD1 2(DI点); 3500系统为3500MOD1 5001 U16B这种样式。 其中AI150是ESD系统到PKS系统的数据值的转换,见图三。


3.3 流程图画面组态

        用HMIWeb Display Builder程序绘制工艺流程图,然后在Station中进行历史数据采集、操作组、趋势组、、报告以及安全性等的设置。 PKS系统提供了大量的标准显示画面,除了需要绘制工艺流程图,像报警、历史数据等其他功能显示界面,不要再进行图形绘制,系统是标准化的,只填入参数即可。


3.4 安装接线

        260万t/a蜡油加氢PKS系统采用C系列的I/O,共有4个控制柜和一个网络柜,从安全栅柜过来的信号线接到卡件的接线端子上,其他需要连接I/O LINK 电缆和29根网络线。其中一定要注意,两台交换机之间的级联线是CROSS OVER CABLE,另外网络线的颜色是黄色FTE A,绿色FTE B。

四  小结

        EXPERION PKS系统在260万t/a蜡油加氢处理装置是第一次应用,在装置开工使用过程中经过了大量的调试、修改完善,完全满足了工艺车间的操作要求,目前系统已经经过了长时间运行的考验,工作稳定,组态方便,功能强大,保证了装置的安全稳定运行。

参考文献:1、HONEYWELL EXPERION PKS系统资料
                 2、温州海米特公司自动反冲洗过滤系统资料


作者简介:殷得和(1971-),男,江苏南京,南京金陵石化建安公司仪表车间技术组,仪表工程师,毕业于抚顺石油学院自动化专业,学士学位,从事仪表自动化技术运行管理。

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