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2008年10月14日15:00:43浅谈TPS系统中控制方案的组态石油化工行业是国民经济的支柱产业，随着石油加工技术的飞速发展，千万吨级的炼油企业如雨后春笋般崛起。生产规模的迅速扩张对企业的自动控制水平和方式提出了更高的要求，集散控制系统(DCS)作为生产过程自动化软件的核心控制部分也得到了广泛的应用。TPS(TotalPlantSolution)系统是Honeywell公司开发的全厂一体化的过程控制系统，它集先进过程控制﹑优化﹑全厂历史数据和信息管理功能于一体，使这些功能成为自动化系统的有机组成部分，从而形成了功能强大﹑配置灵活﹑结构开放的自动控制系统。TPS系统被广泛应用在石油化工行业的关键装置中，如催化裂化、连续重整、石脑油裂解等，取得了良好的成效。2．控制方案组态控制方案组态的过程实际上就是把控制方案转变成控制系统能够识别和执行的命令的过程。-人机界面-工业以太网-对于如单回路控制、串级控制、选择控制、比值控制、分程控制等单一、常规的控制方案，TPS系统提供了现成的控制策略，我们要做的工作是根据控制方案的需要选择正确的数据点类型，通过填表的方式把数据点内的参数进行连接，并最终实现过程监控的目的。有些控制方案由两种或两种以上的控制算法组成，无法直接利用系统提供的控制策略，实现起来相对比较复杂，我们可以利用TPS系统的控制策略和数据点进行组合，用类似“搭积木”的方法构建我们需要的控制策略。而针对特定工艺或操作方式而设计的复杂控制方案，TPS系统还提供了编程工具－CL语言，利用CL语言可以完成满足特殊要求的控制组态。以下分别讨论TPS系统组态的几种方法。2.1选择控制的组态图1是某炼油企业烷基化装置的部分控制流程图，工艺操作原则是：酸再生塔进料气化器E-2出口设温度调节回路TRCA702，通过调节1.0MPa加热蒸汽来保证再生氢氟酸的需要，但E-2在氢氟酸的作用下，当管束温度过高时腐蚀将大大加快，因此又设加热蒸汽压力调节回路PIC632，将蒸汽压力控制在0.7MPa，即两个参数控制一个调节阀，反而言之，该调节阀的开度将同时影响两个参数，经过研究工艺条件，决定使用选择控制系统来实现控制目的。选择控制系统可以在被控变量(输入)和控制器之间放置选择器，现场总线运动控制也可以在控制器和操纵变量(输出)之间放置选择器，而选择器的逻辑又可以分为高选和低选。对于本控制方案，我们选择在两个调节回路的输出之间引入低选器。其逻辑关系可以表述为：u0=min(ui1,ui2,…)。低选器输出两者间较小值，并以该值控制调节阀的开度。首先，根据测量点和控制点的需要建立数据点。该回路有两个输入信号，分别接收E-2入口蒸汽压力测量信号和出口混合物温度测量信号，有一个输出信号，控制蒸汽入口压力调节阀，因此需要建立两个模拟输入数据点和一个模拟输出数据点。其组态内容见表1：表1输入/输出数据点组态表位号工程单位量程上限量程下限数据点类型数据点特性信号类型TI702℃2000模拟输入半点4-20mADCPI632MPa1.20模拟输入半点4-20mADC位号工程单位数据点类型数据点特性作用方向TY702%模拟输出半点DIRECT然后，建立三个调节控制点，分别用于实现压力控制、温度控制、选择输出等功能。TRCA702和PIC632选择的算法是PID；TPLS702选择的算法是超弛选择(OverrideSelect，缩写为ORSEL)，并进一步选定详细算法为EQB，即低选。-无线通讯-高压变频器-将TRCA702的调节输出(TRCA702.OP)目标定义为TPLS702的第一个输入TPLS702.X1，PIC632的调节输出(PIC632.OP)目标定义为TPLS702的第二个输入TPLS702.X2，而TPLS702的调节输出(TPLS702.OP)目标定义为TV702.OP，见表2。表2调节控制点组态表位号输入源输出目标控制算法控制作用TRCA702TI702.PVTPLS702.X1PIDREVERSEPIC632PI632.PVTPLS702.X2PIDREVERSETPLS702TRCA702.OPPIC632.OPTY702.OPORSEL→EQB/2.2由选择性控制和串级控制组成的控制方案的组态图2是某石化企业烷基化装置丙烷汽提塔液位控制流程图，其工艺操作规程是：丙烷汽提塔V-4的液位(LRC524)在正常操作时是单参数调节，直接远程遥控出装置的丙烷量，另外一路丙烷循环量则进行单回路流量调节(FRC434)，当开工时或丙烷产量过少时，停止丙烷出装置，而由塔液位与丙烷循环量组成串级调节。该控制方案实现的难点在于主回路LRC524的输出并非简单地同时输送到两个副级回路FRC434和HIC524，而是应该由操作员根据生产情况切换选择。低压变频器由于TPS系统中没有这种手动选择算法，因此该控制回路不能直接实现。我们考虑图2.丙烷汽提塔液位控制流程图用逻辑数据点来模拟一个软开关的作用，用于控制LRC524的输出是传递给FRC434还是HIC524。第一步，根据测量点和控制点的需要建立数据点。该回路有两个输入信号，分别接收V-4的液位和循环丙烷的流量的测量信号，有两个输出信号，分别控制循环丙烷的流量调节阀和出装置的丙烷流量调节阀，因此需要建立两个模拟输入数据点和两个模拟输出数据点。其组态内容见表3：表3输入/输出数据点组态表位号工程单位量程上限量程下限数据点类型数据点特性信号类型LI524%1000模拟输入半点4-20mADCFI434kg/h5000模拟输入半点4-20mADC位号工程单位数据点类型数据点特性作用方向HY524%模拟输出半点DIRECTFY434%模拟输出半点DIRECT第二步，根据需要建立三个调节控制点，分别用于实现液位控制、流量控制和遥控输出，这些调节控制点的主要内容见表4。表4调节控制点、逻辑点和旗标量点组态表位号数据点类型输入输出控制算法控制作用LRC524调节控制点LI524.PVLES524LOGIC.L1PIDDIRECTFRC434调节控制点FI434.PVFY434.OPPIDREVERSEHIC524调节控制点/HY524.OPAUTOMAN/再建立一个逻辑点LES524LOGIC和一个旗标量点LES524，用于实现软开关的切换功能，逻辑点的结构选择选项3(12-8-12)，即有12个输入，8个逻辑块和12个输出。本控制方案实现的关键在于逻辑点的组态，图3是逻辑点的功能示意图，从图中可以看到，LRC524.OP的输出允许位由LES524.PVFL控制，由于两个输出允许位之间是“非”的关系，从而保证在任一时间LRC524.OP只能传递到一个目标。表5则是逻辑点中组态的主要内容。图3.逻辑点LES524LOGIC功能示意图表5逻辑点主要组态内容一览表组态项组态内容位号名LES524LOGIC数据点形式全点(FULL)结构组成12-8-121#输入(L1)LRC524.OP2#输入(L2)LES524.PVFL1#输出的源L11#输出的目标FRC434.SP1#输出的允许控制位L2L12#输出的源2#输出的目标HIC524.OP2#输出的允许控制位SO1(1#逻辑块的输出)1#逻辑块的算法NOT(非)1#逻辑块的输入S1L22.3由选择性控制、串级控制和分程控制组成的控制方案的组态图4.连续重整装置再接触系统的控制方案图上图是某石化企业连续重整装置再接触系统的控制方案图，控制要求是：调节器PIC249控制输出的一路控制调节阀PV249，另一路与PIC259控制输出的一路进行低选，选中的输出控制调节阀PV259；调节器PIC270控制输出的一路控制调节阀PV270B，另一路与PIC259控制输出的另一路进行低选，选中的输出控制调节阀PV270A。根据控制方案图，可以采用2.2章节中的组合方法进行组态。第一步，根据测量点和控制点的需要建立数据点。该回路有三个输入信号，分别为三个压力测量信号，有四个输出信号，分别控制四个调节阀，因此需要建立三个模拟输入数据点和四个模拟输出数据点。其组态内容见表6：表6输入/输出数据点组态表位号工程单位数据点类型数据点特性信号类型PI249MPa模拟输入半点4-20mADCPI259MPa模拟输入半点4-20mADCPI270MPa模拟输入半点4-20mADC位号工程单位数据点类型数据点特性作用方向PV249%模拟输出半点REVERSEPV249%模拟输出半点DIRECTPV270A%模拟输出半点DIRECTPV270B%模拟输出半点DIRECT第二步，建立三个常规控制点(RegCtl)，分别用于实现3个压力控制回路的调节输出，这些常规控制点的主要内容见表7。表7常规控制点组态表位号数据点类型输入算法控制作用PIC249常规控制点PI249.PVPIDDIRECTPIC249常规控制点PI259.PVPIDDIRECTPIC270常规控制点PI270.PVPIDREVERSE第三步，建立六个常规PV点(RegPV)，分别用于实现3个压力控制器调节输出的分程和线性化，这些常规PV点的主要内容见表8。表8常规PV点组态表位号数据点类型输入算法PIC249B常规PV点PIC249.OPGENLINEPIC249A常规PV点PIC249.OPGENLINEPIC259B常规PV点PIC259.OPGENLINEPIC259A常规PV点PIC259.OPGENLINEPIC270A常规PV点PIC270.OPGENLINEPIC270B常规PV点PIC270.OPGENLINE第四步，建立四个常规控制点(RegCtl)，其中两个用于实现低选，另外两个用于实现手/自动切换。这些常规控制点的主要内容见表9。表9常规控制点(低选)组态表位号数据点类型输入输出算法PY249B常规控制点PIC249B.PVPV249.OPAUTOMANLOWS1常规控制点PIC249A.PVPV259.OPORSELPIC259B.PVLOWS2常规控制点PIC259A.PVPV270A.OPORSELPIC270A.PVPY270B常规控制点PIC270B.PVPV270B.OPAUTOMAN除了上面的方法外，我们还可以用TPS系统提供的编程工具－CL语言来编写程序来完成上述功能。首先，如上述的第一步和第二步，要建立必须的输入/输出点和常规控制点。然后，用下列CL程序来代替控制方案图中虚线部分的功能，SEQUENCELOSELECT－BADPVCHECKINGST01IFPIC249.PV=-6.9ORPIC249.PV=106.910IFPIC259.PV=-6.9ORPIC259.PV=106.920IFPIC270.PV=-6.9ORPIC270.PV=106.930－EQVATIONSY=2*X-100FORPV249－Y=2*X1,Y=-2*X2+200FORLS1TOPV259－Y=2*X2,Y=2*X3FORLS2TOPV270A－Y=-2*X3+200FORPV270BSETPY259.MODATTR,PY270A.MODATTR,PY270B.MODATTR=PROGRAMSETNN91=2*PIC249.OPSETNN92=-2*PIC259.OP+200SETNN93=2*PIC259.OPSETNN94=2*PIC270.OPSETNN94=2*PIC270.OPSETPIC259.OP=MINV(NN91,NN92,100)SETPIC270A.OP=MINV(NN93,NN94,100)SETPIC270B.OP=-2*PIC270.OP+200GOTOST01－BADPVHANDLING10SETPIC249.MD=MANMESG(2)PIC249AREOUTOFRANGE(F)GOTOST0120SETPIC259.MD=MANMESG(2)PIC259AREOUTOFRANGE(F)GOTOST0130SETPIC270.MD=MANMESG(2)PIC270AREOUTOF