EPKS系统在马钢煤焦化公司净化二系统DCS改造中的应用

冶金之家网站EPKS系统在马钢煤焦化公司净化二系统DCS改造中的应用张良桥(马鞍山钢铁股份有限公司)摘要：介绍了EPKS系统在马钢煤焦化公司净化二系统DCS改造升级中的应用，并着重通过实例与图解介绍改造过程中电捕联锁、煤气鼓风机联锁和方便工艺操作等具体问题的分析解决过程。关键词：净化二系统；EPKS；系统升级0前言马钢煤焦化公司净化二系统由煤气冷凝鼓风、除硫、脱萘、脱氰、脱氨、脱苯和制冷等工序组成。DCS控制系统担负着整个生产过程的监视和控制工作。原控制系统分为回收和鼓冷两部分。回收系统为1992年投用的HONEYWELLTDC-3000DCS系统，配置2个控制站和4台US操作站。鼓冷系统为1995年投用的浙大中控JX-300BDCS系统，配置2台控制站和2台操作站。两套系统因运行时间长，生产现场环境恶劣，系统腐蚀严重，故障频发，给维护和生产带来严重影响，不利于公司安全稳定长期生产。回收系统2台US损坏，因厂家停产，且无替代产品恢复，剩下2台US站不能满足生产需求。2010年10月，煤焦化公司设备保障部部分仪表技术员和点检员在工艺人员的配合下完成净化二系统DCS控制系统的升级改造，将回收系统和鼓冷系统合二为一，同时在PKS系统上实现2台克劳斯炉、2台氨分解炉和4台煤气鼓风机等重点设备的报警控制连锁，回收系统更换下来的I/O卡件作为该公司新区净化系统的生产备件，节省备件费用80万元；鼓冷系统更换下来的I/O卡件作为本公司其了相同系统备件，节省备件费用15万元；组态、编程和调试工作全部由本公司技术人员完成，节省外聘编程费用150万元。此次系统升级选用Honeywell过程知识系统(ExperionPKS)R311.2版本，PKS系统是Honey-well公司最近推出的新一代控制系统，具有传统DCS控制系统的优点，同时结合霍尼韦尔30年来在过程控制、资产管理和行业知识等方面积累的经验，构成了一个统一的过程知识系统的体系结构。PKS系统基于Windows2003的服务器，利用高速动态缓存区采集实时数据，提供报警、过程显示、PID调节、历史数据采集、趋势组、操作组和报表报告等基础服务功能，同时推出ProfitLoop模型预估控制器专利算法、HMIWeb工业标准绘图工具、FTE容错以太网络，CEE实时组态平台和控制防火墙等创新技术。以下将介绍此次系统升级中PKS系统的应用并着重介绍改造过程中克劳斯炉联锁、氨分解炉联锁、煤气鼓风机联锁和电捕联锁等具体问题的分析解决过程。1系统硬件配置本套系统中计有AI627点，其中冗余配置74点；AO235点，冗余55点；DI954点、DO369点、TC21点、RTD303点，煤气、溶剂、粗苯区域测点全部通过P+F安全栅与现场表连接，实现本安隔离。系统硬件设施如下：1)控制柜4个，回收系统和鼓冷系统各配置2个控制柜，每个控制柜分别安装一对冗余C300控制器、一对冗余防火墙和若干I/O卡件。2)配电柜2个，分别安装电源分配器和空气开关。3)安全栅及继电器柜，分别安装安全栅和DO继电器。4)网络通讯柜2个，安装CISCO交换机及MODBUS接口服务器。5)EPKS服务器一对(2台)，采用DELLPow-erEdgeT610。6)FLEX操作站6台，CONSOLE操作站2台，实现生产监控及报表打印。7)PHD服务器一台，为本公司信息管理系统提供生产数据。本套PKS系统配置图见图1。冶金之家网站2控制策略组态及问题处理系统全部下位机组态工作在ControlBuilder环境完成，首先完成测点的数据采集、量程转换、数据显示、报警控制、历史数据采集和趋势控制等基本组态；接着完成1系克劳斯炉、2系克劳斯炉、1系氨分解炉、2系氨分解炉联锁程序及4台煤气鼓风机联锁程序、电捕联锁程序的编制；考虑到ProfitLoop模型预估控制器回路具备的强大自适应能力，为提高各个生产回路的控制质量，回路组态全部使用ProfitLoop模型。下面是改造过程中遇到并解决的实际问题。1)PKS中趋势组态有两种方法。一是在CONTROLBUILDER中组态CM点时，在SERVERDISPLAYS标签页中指定；二是在STATION的TRAND界面中指定。在仿真器的模拟调试过程中发现，若在CONTROLBUILDER中未组态趋势，在STATION中组态后，能正常显示，但CM点若重新下载，则STATION中组态趋势点会消失，若两处都组态同一测点的趋势，则趋势不能正常显示。考虑到这一点，在系统正式组态调试前，规划好趋势组，在CONTROLBUILDER统一组态，解决了趋势显示混乱问题。2)联锁程序的编制。为节省CM点的使用数目，通常一个联锁程序作为一个CM点编写，CM点中用的是功能块图，直观性很强，但PKS功能块在组态画面上显示较大，功能块间用线连接，规划得稍有问题，则画面就非常凌乱，可读性非常差，不便于调试和维护。为解决此问题，先根据功能要求，在AUTOCAD上按照PKS风格画出草图，再在CONTROLBUILDER中按草图编制程序，极大地提高了程序的可读性。3)煤气鼓风机联锁。煤气鼓风机因油压、温度等原因发生联锁后，联锁信号输出，需将联锁信号锁死，待相关人员处理好联锁条件信号后，操作工按复位按钮，解除联锁信号，重新启动风机。锁死联锁信号用S-R触发器实现，按钮在上位机的HMIWeb中模拟，将按钮引用联锁程序中FLAG块输出引脚PVFL即可实现。为防止操作人员工作疏忽，按下按钮复位后忘记回零，失去了锁死联锁信号输出的保护作用。与工艺人员讨论后，在复位按钮上加一个自动回零功能，用脉冲功能块PULSE实现。具体做法是：显示出FLAG引脚的IN引脚和OUT引脚，其参数均为PVFL，将FLAG的OUT引脚连到PULSE的IN引脚上，PULSE的OUT引脚一路连到S-R触发器的R引脚，作为S-R触发器的复位输入，另一路引到FLAGIN引脚PVFL，则PULSE模块在3S时间后输出为0时，将0赋值给FLAG，实现按钮的自动置0，程序组态如图2所示。冶金之家网站需要注意的是，在一个CM点中，模块的执行顺序是按照模块的ORDERINCM参数(在CM里的顺序)来确定的，考虑到FLAG模块需由PULSE模块赋值复位，故FLAG需在PULSE模块后执行，则其ORDERINCM参数应大于PULSE模块的ORDERINCM参数，在程序中，将PULSE的OR-DERINCM参数设为580，FLAG的ORDERINCM参数设为590，调试后完全符合要求。3系统调试此次控制系统改造包含两部分，一是DCS系统改造，另一部分是部分现场仪表和控制电缆的更新。考虑到生产的连续性和现场的管理，仪表技术人员在仿真系统上将所有程序多次调试，考虑各种细节，确定无误后，仪表相关人员与生产工艺人员密切配合，科学制定倒点计划。首先确定需要更换仪表和电缆的测点，为达到节省时间和把对生产的影响降到最低限度的目的，先将第二天需要更换的电缆敷设到位，第二天将现场仪表电缆接好后，在电子室测量送来的信号的电流电压等级无误，再接上卡件端子，在操作站流程图画面上查看测点显示是否正常，正常后，按计划倒换别的测点；所有电缆更换完毕，再按计划依次更换现场仪表。对于不需更换仪表和电缆的测点，则按生产工序依次倒点，尽量避免影响生产。在系统调试过程中也遇到了不少问题，并逐个解决，主要有以下几点：1)本系统中AI信号安全栅采用菲尼克斯KFD2-STC4-EX1安全栅，在调试配电测点时不存在问题；在调试不配电测点(如1系含氧值)时，按照C系列卡件接法，应正端接TB3，副端接TB1，操作站上无显示，测量现场信号正常，后经过测试，卡件端按照配电接法，安全栅接5.6端子，显示正常。2)控制回路的调试是DCS系统中一个重点和难点，主要工作在PID参数的设定，调试进度缓慢，通过查询KNOWLEDGEBUILDER，发现PID模块中内置的公式A与原TPS的PID计算公式一样，于是工艺条件不变的PID按原TPS系统设置，略作微调就可以稳定投自动，根据稳定运行状态下PID参数生成ProfitLoop模型，下载后运行正常。3)联锁回路的调试。本套系统中联锁回路有27个，其中最重要的有2座克劳斯炉联锁、2座氨分解炉联锁、4台煤气鼓风机联锁。因为联锁程序直接关系到重点设备的安全稳定运行，且联锁回路都是串联在电气回路中的，必须做到准确无误。因此，在保证程序模拟调试正确的情况下，需要与现场设备脱开后看端子柜与电气柜的继电器动作来判断联锁输出是否正确，并用万用表进行检测，在校验过程中特别注意电气设备是需要常开触点还是常闭触点。4)在系统投入运行后，操作人员反映废热锅炉液位和主煤气压力较易出现故障，因为其参与克劳斯炉和氨分解炉联锁，操作人员希望能将其打成手动后人工置值，待故障排除后再打到自动，这样不至于在排除故障时致设备联锁保护。考虑到系统已经投入使用，不能在CONTROLBUILDER中修改程序，只有在流程图画面中想办法，于是做出了一个与图3类似的弹出面板(以1系克劳斯炉煤气压力为例)，设置2个组合框和一个文字标签，2个组合框分别对应1系克劳斯炉煤气压力测点的信号来源模式和测点的PV值，文本标签对应测点的PVRAW，显示测点的实际信息，根据实际信息转换成ON或OFF显示，方便直观判断故障是否排除，其脚本程序如下：冶金之家网站4结语净化二系统PKS系统的升级改造，是我公司完全由职工完成的第一个较大的DCS系统改造工程。从编程、调试到投用只用了4个月的时间，这主要归功于前期准备工作的完善，严格科学的施工组织计划，电仪、机械和工艺各专业的有力配合，更重要的是施工过程中一丝不苟的工作态度，没有重复施工与反复纠错，这是DCS系统最短时间升级改造成功的关键。现在，这套系统正常运行了8个月，为生产提供了有力保证。此次改造节约外聘人员编程组态费150万元，极大地提高了控制系统的平均无故障运行时间和自动控制率，减轻了职工的劳动强度，为人力资源优化提供了条件。锻炼了本公司职工队伍，为系统今后更好的维护奠定扎实基础，同时积累了丰富的宝贵经验。