CS3000控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

許海梅,張明星

(克拉瑪依石化公司,新疆克拉瑪依 834003)

0 引 言

克拉瑪依石化公司催化重整裝置于2000年建成投產(chǎn)。2006年為了提高催化重整裝置生產(chǎn)的汽油品質(zhì),公司新建了苯抽提裝置,兩套系統(tǒng)均采用CS3000集散控制系統(tǒng)。由于兩套裝置操作關(guān)聯(lián)密切,加上操作人員緊張,設(shè)計要求DCS能共享數(shù)據(jù),由于催化重整裝置建成投產(chǎn)較早, DCS操作站和工程師站的各項配置比較低,為了實現(xiàn)對控制的更高要求,需對操作站和工程師站硬件、軟件升級,實現(xiàn)兩套裝置的聯(lián)網(wǎng)合并。催化重整裝置DCS的一切設(shè)備原位不動,新建苯抽提裝置的機(jī)柜室建在催化重整裝置附近,從催化重整裝置現(xiàn)有的操作室對兩套裝置進(jìn)行集中監(jiān)控。

1 系統(tǒng)組成簡介

DCS的核心結(jié)構(gòu)主要由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、I/O控制站(FCS)、操作站和工程師站構(gòu)成。

1.1 FCS結(jié)構(gòu)

根據(jù)各工藝單元的輸入/輸出點數(shù)及控制方案的復(fù)雜程度,催化重整裝置和苯抽提裝置的兩套控制站所控制的點數(shù)多少雖不同,控制方案也不盡相同,但控制站的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的,主要構(gòu)成有現(xiàn)場控制單元(FCU)、節(jié)點(Node)及各級總線?？刂普局械奶幚砥?、電源和包括通信總線的I/O模塊都為冗余配置,可以保障計算機(jī)結(jié)果的可靠性。

現(xiàn)場控制單元使用“Pair&Spare(成對熱備)”的CPU排列來實現(xiàn)降低發(fā)生破壞結(jié)果的瞬間錯誤的可能性。互為冗余的卡件之間高速交換數(shù)據(jù),使工作/備用卡件運行狀態(tài)同步:當(dāng)某一個卡件出現(xiàn)異常時,可以實現(xiàn)自動無擾切換功能,維護(hù)人員可通過卡件上的工作指示燈或上位機(jī)上的系統(tǒng)故障診斷畫面清楚地判斷問題所在。該水平的冗余使CS3000系統(tǒng)不僅能保證優(yōu)異的可用性,而且保證了生產(chǎn)要求的可靠性。

1.2 操作站/工程師站結(jié)構(gòu)

工程師站及操作站(HIS)主機(jī)均采用高可靠性的工業(yè)級 PC機(jī),操作系統(tǒng)采用 Windows XP SP2,配有專用工業(yè)鍵盤及液晶顯示器,PC機(jī)配有VI-701通信接口卡,該卡具有冗余的通信接口,使PC機(jī)連接到Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)上。

工程師站。配有CS3000系統(tǒng)開發(fā)軟件及實時監(jiān)控軟件。可進(jìn)行控制系統(tǒng)硬件構(gòu)建、系統(tǒng)組態(tài)、邏輯功能圖的設(shè)計、工藝流程圖的繪制及圖形特性的定義、趨勢圖的顯示與定義。系統(tǒng)管理功能:程序調(diào)度、批處理的控制設(shè)定、安全級別的定義、報表管理等都在工程師站完成。

操作員站。完成生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)監(jiān)視、操作及控制,系統(tǒng)能夠?qū)⑺霈F(xiàn)的各種報警信息進(jìn)行收集、管理,由操作人員隨時查看、調(diào)用。

兩套裝置共用1臺工程師站,6臺操作站。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、實時性和開放性, CS3000系統(tǒng)均采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

a)催化重整裝置采用控制總線Vnet網(wǎng)和以太網(wǎng)(Ethernet)。Vnet網(wǎng)主要實現(xiàn)控制器之間和控制器與操作站之間的通信。Vnet網(wǎng)相對于Ethernet網(wǎng)是一個非開放性的網(wǎng)絡(luò),以確保DCS控制器不受工廠網(wǎng)絡(luò)病毒侵襲,從而達(dá)到系統(tǒng)安全可靠目的。Ethernet網(wǎng)主要實現(xiàn)操作站之間的通信和操作站與上位機(jī)之間的通信。

b)苯抽提裝置采用橫河公司研究的新一代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——冗余的1G網(wǎng)速(Vnet/IP)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1)該網(wǎng)絡(luò)保持原雙層網(wǎng)的可靠性特點。確保DCS控制器不受工廠以太網(wǎng)病毒侵襲,以保持操作站互為備用的優(yōu)點。

2)提高系統(tǒng)的實時性能。網(wǎng)絡(luò)通信速度從10 Mbit/s提高到1 Gbit/s,實時性能更佳。

3)系統(tǒng)更具有開放性。系統(tǒng)采用了冗余的兩個1G高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時又具有TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議。具有以太網(wǎng)協(xié)議的第三方產(chǎn)品可以容易地掛接到DCS控制網(wǎng)并進(jìn)行通信。

為了更好地實現(xiàn)DCS開放性的要求,同時又能保持DCS可靠性和實時性的優(yōu)點,催化重整和苯抽提裝置的聯(lián)網(wǎng)部分也采用Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了Ethernet的通用通信功能以及原Vnet控制網(wǎng)絡(luò)功能,從而保持了速度和可靠性方面的出色性能。

1.4 總線轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)項目合并,需在催化重整和苯抽提裝置通信設(shè)備中增加總線轉(zhuǎn)換器,苯抽提裝置的通信介質(zhì)為雙絞線,催化重整裝置的通信介質(zhì)是同軸電纜,為實現(xiàn)兩套裝置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合,將催化重整裝置控制器中的同軸電纜通過總線轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成雙絞線與Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,兩臺總線轉(zhuǎn)換器互為冗余?？偩€轉(zhuǎn)換器用于進(jìn)行不同域的通信連接,安裝在催化重整裝置控制室內(nèi)。

2 系統(tǒng)并網(wǎng)軟件實施過程

系統(tǒng)除具備對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制功能外,數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的功能更加強(qiáng)大。考慮到遠(yuǎn)期增加設(shè)備的需要,自控設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和上位管理系統(tǒng)擁有擴(kuò)展的能力。CS3000組態(tài)主要包括系統(tǒng)COMMON,HIS,FCS組態(tài)等。

2.1 FCS組態(tài)

FCS組態(tài)主要包括FCS硬件組成、I/O卡件分配、控制回路圖的設(shè)計等?？刂苹芈穲D是根據(jù)工藝生產(chǎn)要求設(shè)計相應(yīng)的控制方案,將現(xiàn)場信號分配給I/O卡件,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和傳輸,完成控制方案的功能塊的連接,達(dá)到控制目的,符合工藝生產(chǎn)要求。

將催化重整和苯抽提裝置項目進(jìn)行整合,其中催化重整控制站為 FCS0101,苯抽提控制站為FCS0201,操作站由 HIS0264排列到 HIS0258, HIS0264為工程師站完成對系統(tǒng)的組態(tài)。催化重整和苯抽提裝置組態(tài)參數(shù)和流程圖由工程師站HIS0264修改后,下裝到控制器,并一一傳送到各個操作站。

2.2 總線轉(zhuǎn)換器組態(tài)

首先新建總線轉(zhuǎn)換器節(jié)點,設(shè)置總線轉(zhuǎn)換器型號,并設(shè)置Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的域名和站號,同時選擇“Constant”設(shè)置催化重整裝置Vnet網(wǎng)絡(luò)的域名和站號,將總線轉(zhuǎn)換器上電,并進(jìn)行“Offline download to BCV”操作即可。

3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及實施

根據(jù)設(shè)計要求,操作站集中放置在催化重整中心控制操作室,催化重整裝置控制站及機(jī)柜在原機(jī)柜室,苯抽提裝置控制站及機(jī)柜放在新建的苯抽提機(jī)柜室。由于雙絞線傳輸距離超過100 m就無法保證傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量,催化重整和苯抽提機(jī)柜室相距將近300 m,超出雙絞線的傳輸能力,為保證信號傳輸速率和質(zhì)量,同時為了節(jié)約成本,兩個機(jī)柜室之間采用光纜進(jìn)行連接。在苯抽提和催化重整裝置的主控柜里各安裝4個光纖收發(fā)器和2個光纖終端盒,用于光信號和電信號之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 網(wǎng)絡(luò)測試與下裝

當(dāng)硬件及組態(tài)準(zhǔn)備就緒后,在工程師站、各操作站進(jìn)行IP地址的設(shè)置,使用開始程序中“運行”命令同各FCS,總線轉(zhuǎn)換器及各個操作站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測試。測試成功后,將項目組態(tài)下裝到相應(yīng)控制站,并傳送到各個操作站。

5 并網(wǎng)后系統(tǒng)的特點

a)多冗余配置?？刂普镜碾娫?、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和重要的模擬量卡件按冗余配置,保證了系統(tǒng)安全性和可靠性。

b)高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CS3000采用Vnet/IP控制總線,該控制總線速度可高達(dá)1 Gbit/s,滿足了煉油化工行業(yè)對實時性和大規(guī)模數(shù)據(jù)通信的要求。在保證可靠性的同時,又可以與開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單。

c)系統(tǒng)的易擴(kuò)展性。在系統(tǒng)允許的情況下增加控制站、操作站及I/O卡件,只須在工程師站上添加節(jié)點。系統(tǒng)最大配置為64站(包括控制站、操作站和總線轉(zhuǎn)換器),其中操作站最多可擴(kuò)展16個。CS3000系統(tǒng)還具有構(gòu)造大型實時過程信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以構(gòu)成多工段、多集控單元,易于實現(xiàn)全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統(tǒng)。

d)與既有系統(tǒng)的兼容性。CS3000系統(tǒng)與橫河以往的系統(tǒng)可通過總線轉(zhuǎn)換單元,方便地連接在一起,實現(xiàn)對既有系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

6 結(jié)束語

催化重整和苯抽提裝置使用最新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行并網(wǎng),首次應(yīng)用于同一項目的兩個裝置,在國內(nèi)也具有領(lǐng)先水平。在3年多的運行中,由總線轉(zhuǎn)換器連接通信的兩套裝置表現(xiàn)出了運行穩(wěn)定可靠,采集傳送數(shù)據(jù)真實可靠,操作簡單,便于監(jiān)控等優(yōu)點。

[1] YOKOGAWA.CS1000/CS3000 Hardware and Installation [G].YOKOGAWA,2001:2-10.

[2] YOKOGAWA. CS1000/CS3000 Enginering [G]. YOKOGAWA,2001:2-10.

[3] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:532-570.

[4] 樂嘉謙.儀表工手冊[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003:767-771.

[5] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.SH 3006-1999石油化工控制室和自動分析器室設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,1999:2-8.

[6] 李映霞,張國棟,陸艷萍.DCS在天然氣處理裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2009,45(4):77-78.

[7] 中華人民共和國建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50093-2002自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2002:49-50.