DCS系统在轻烃深加工装置中的应用

DCS系统在轻烃深加工装置中的应用摘要：在介绍开放型集散控制系统CS3000的基础上，重点对CS3000控制系统在气体处理11万t／年轻烃深加工装置中的特点、功能及应用进行了阐述。关键词：CS3000；控制；组态库车中原石油公司自然气处理11万t／年轻烃深加工装置是采用优质稳定轻烃为原料，主要生产戊烷发泡剂、高纯正戊烷、高纯异戊烷、普通6#溶剂油、高标6#溶剂油、120#溶剂油、油漆稀释剂和苯等具有高附加值的化工产品。工程由天津．天辰化学工程设计院设计，其中自控系统采用先进的DCS控制系统——横河CS3000。装置仅用了十天的时间实现了从投料试车到流程全部贯通，生产出了全部合格产品，创造了同类装置投料试车成功的最短时间记录。这无疑得益于调试职员丰富的经验以及装置先进的CS3000DCS控制系统。1CS3000系统1.1CS3000系统概述CENTUMCS3000是日本横河电机公司（YOKOGAWA）推出的用于中、大型过程控制的集成化系统，系统集最新技术和横河经验知识为一体，实行具有松藕合的多机处理，实现了硬件的积木化，软件的模块化。在Vnet控制总线基础上，增强了CENTUMCS系统的功能性、灵活性和可靠性。它的人机接口（HMI）采用普通的PC机，以中文win—dowsNT4．0为操纵系统。采用OPC和DDEAPI作为标准接口，同时也提供了与UNIX系统及其它系统的通讯，使得上位机系统和生产过程数据的访问更加轻易，从而保证了过程控制的更加可靠、迅捷与灵活。1．2工程CS3000系统硬件配置根据装置的规模，11万t／年轻烃深加工装置DCS控制系统共设计了1个FCS（控制站），4个HIS（操纵站），其中一个兼作工程师站，负责组态和系统维护。现场控制站FCS是系统中直接与现场打交道的I／O处理单元，采用RISCCPU，具有ECC的RAM。现场控制站的核心部分为现场控制单元。FCU，FCU中电源卡、节点通讯卡以及CPU卡均为冗余配置。I／O接口和远传输进输出总线RIO也为冗余配置。2CS3000系统主要特点处理数据时，CPU、控制总线、RIO总线交替使用工作，对数据进行出错检验和信息通道故障判定、拥挤情况等处理；若检验结果正确，按时间顺序等方法择优获取冗余的两个数据包中的一个，而滤往重复和错误的数据包。而当某一条信息通道或CPU出现故障，另一条信息通道或CPU将负责整个系统的工作，仍然正常运行。并且两台控制器同时出故障的可能性几乎为零，这样就避免了因控制单元硬件故障而系统停运。I／O卡件的选择可以选择单点卡或多点卡。对于重要的带调节的控制回路，均采用了单点卡，其优点是，一旦该卡件出现故障，只会对该点单条回路造成影响，而不致影响其它回路的调节，这样就减小了对整个装置的影响。对于装置上只作显示而又不作调节的参数，我们选用了多点卡，这样在本钱的支出上又节约了很多。同时，所有卡件均具有热插拔功能，可随时进行更换，十分方便。强大的自诊断功能，无论是操纵站还是控制站的硬件构成，均可从操纵站上观察而得到。此外从操纵站还可以随时看到CPU空闲时间，操纵站和控制站风扇状态，电池状态以及I／O卡件的好坏等等。一旦出现系统硬件故障，系统报警信息马上就会给出提示，维护职员可根据其所提供的具体的错误类型标识迅速查出错误原因。现场控制站FCS现场变送器来的4～20mA电流信号、热电偶、热电阻及设备运行状态的开关量等信号，送到控制站每个单元卡件上，CS系统把每个单元卡件每个节点的信号经RIO总线，把信号送到现场控制站中的现场控制单元FCU中，经过CPU运算处理，把信号经过双重化实时数据总线V—NET，传送到操纵站上，在操纵站可对各工位参数进行监视和控制。3系统的组态CS3000系统充分利用windowsNT的优点，具有非常好的人机界面，同时也提供了对双字节汉字的良好支持，这样，整个系统组态内容的提示、标注，均可用汉字来描述。不但有益于系统的稳定性，也大大方便了操纵职员的使用。3．1实时监控3．1．1工艺流程数据监控在本装置中，需要监控的主要有压力、温度、液位、流量四大参数以及设备的运行状态，在此可定义参数的量程、工程单位、精确度等内容，操纵职员通过流程图画面可实时监控整个生产过程，对整个系统所有参数的变化进行调整。3．1．2实时报警对每一个数据块点都设置了下限、下下限、上限、上上限报警值，一旦采集的数据超过了规定的限值，就会发出声光报警来提醒操纵者，直到被确认。与此同时，系统自动把报警记录的开始时间、终止时间、持续时间等转存到报警历史数据库中，供操纵者将来查看。3．1．3实时趋势曲线图实时趋势曲线功能主要提供操纵者监控参数变化趋势的功能。我们在每一幅流程图上针对几个关键控制点都做了实时趋势曲线图。使操纵职员能够直观的通过曲线的变化来判定参数的波动幅度，从而进行相应的调整和判定。3．2数据查询3．2．1历史数据查询通过选择适当的数据点及给予其相关的查询条件，就可查询该数据点在某一段时间内的所有历史数据。系统还支持组合条件查询，即给予一个或多个查询条件，就可根据所给予的条件将所有符合条件的数据显示出来，如根据时间、分区、时间间隔等来查询各点的历史数据。3．2．2历史趋势查询对历史数据库中记录的所有数据都可以用曲线的形式显示出来，以供参考和分析。3．2．3操纵过程查询操纵职员对参数所进行的每一步调整，包括时间、参数数值的变化，是由哪一台操纵站进行的调整，都会被具体记录下来，这样对装置参数调整的步骤及方法都提供了一个有力的分析依据。3．2．4报表打印系统提供定时（班报表、日报表等）报表打印，报警打印，历史数据记录报表打印等功能。3．3控制回路CS3000的特点是输进、输出、控制和运算功能以模块的形式进行连接组态，就可构成所需的控制回路。其中PID控制模块是控制回路的核心。它的工作方式可分为MAN（手动）、AUTO（自动）、CAS（串级），并可根据操纵需要进行切换。在我们的组态中，考虑到操纵工有可能出现误操纵情况，对此，我们针对一些比较重要的调节，比如手动、自动的切换，设备关停的控制，当点击操纵按钮后，系统会弹出一对话框，提示再次确认这次操纵。3．3．1比例调节回路在采用萃取精馏的6#油系统中，针对进料流量，一个稳定的萃取比才能保证系统的平稳性，产品质量才有保障。因此，采取比例调节模块，并设定比如值，在进料流量发生变化时，萃取剂的流量也按相应的比例进行自动调整。3．3．2串级调节回路塔压力是装置运行平稳的关键，而影响塔压最大的就是热负荷的变化。对此，为了保证塔压的稳定，我们采取了串级调节模块，压力作为主路信号输进，热油流量作为副路信号输进，当压力变化时，热油调节阀便进行相应的调整，从而保证压力的稳定。3．3．3顺序控制CS3000中的顺序控制一般由两种方式实现，即顺控表和逻辑图表，它们能使现多种条件下的批处理运算，来实现一般调节回路无法实现的功能。下面所提到的设备控制就是充分利用了这两种模块的功能。3．4设备控制3．4．1设备运行状态指示对每一台运行设备的启停状态都进行了定义，当运行时显示的颜色为黄色，停运时为红色。使操纵职员十分直观的了解到该设备的运行状态。3．4．2低液位泵锁停控制在以往的生产中，曾发生过由于储罐液位过低，巡检职员未能及时发现，造成泵抽空轴承烧毁的情况。这样不但对设备造成了损坏，而且也是一个非常大的事故隐患。针对这种情况，我们定义了低液位泵锁停。当塔釜、回流罐、储罐的液位低于5后，采出泵自动锁停，同时，泵控制面板上有“lock”字样显示，只有当液位恢复到5以上后，才能自动解锁。这样做对设备的安全运行无疑又加了一道保险。3．4．3设备关停控制所有运转设备均可从操纵面板上进行关停操纵，这是考虑到在一些紧急情况下，操纵职员来不及跑到装置区而采取的应急关停操纵。同样，出于安全角度的考虑，所有被关停的设备，包括锁停的设备，均不能再从室内进行开启操纵，这是为了防止在启动设备时，操纵职员不再现场，而发生意外事故。因此，所有运转设备的开启只能从装置现场进行。3．4．4维修挂牌当设备维修时，可在其控制面板上定义警告信息，如：“设备维修”，“禁止使用等字样，以此来对操纵职员进行警示，防止误操纵。同时，为了防止有人随意改变，可定义挂牌人和摘牌人的不同权限。3．5系统在线下装与组态CS3OOO系统具有在线下装功能，由于CS3000是冗余的，因此当更换卡件或对组态内容修改时，不必对系统进行停机或重启，只需将工作的FCS的冗余部分启动就可以对所修改的部分进行在线下装，并由系统自检无误后即可使用，而且速度非常快。这样既不影响整个系统的运行，也不会对生产的平稳运行造成影响。当组态内容有错误时，系统下装后会提示具体的错误信息，方便组态职员进行修改。3．6系统测试系统测试功能的目的是对系统的组态进行仿真，可提前发现题目。CS3000系统不同于以往的过程系统测试，它是利用PC机建立虚拟的现场控制站（FCS），直接在PC机上对操纵、监视功能和控制功能等一系列工程师功能进行检测、调试操纵。当整个集散控制系统投进现场运行之前，利用系统测试功能对各个组态器天生的操纵监视功能和控制功能进行检验、过程参数的预整定以及控制方案可行性的猜测，确保工程组态内容的正确率，减少不必要的错误，为集散控制系统的正式投运和现场调试提供有价值的信息；此外，利用系统测试功能，可以随时对生产过程的控制方案进行修改或实施先进的控制方法，待测试可行后再下载到实际的FCS，从而不影响整个生产过程。4结束语CS3000系统功能非常强大，不仅为用户提供方便的组态界面，监控界面，而且还有丰富的图形显示，数据治理，历史数据存储等功能，是用于化工系统理想的DCS系统。该系统自投进运行以来，稳定可靠，在线修改和调试方便，确实给操纵职员和维护职员带来很大的方便，在高产稳产，降低能耗和安全环保等方面发挥很大的作用，同时为进一步油气深加工自动控制的使用打下良好基础。