低壓聚乙烯裝置C線風(fēng)送控制系統(tǒng)更新

宋光偉

(大慶石化公司塑料廠機(jī)動(dòng)科，黑龍江 大慶 163714)

某石化公司塑料廠低壓聚乙烯裝置C線于1999年8月建成投產(chǎn)，近幾年，低壓C線風(fēng)送的SⅠEMENS S5 PLC系統(tǒng)多次出現(xiàn)通訊不暢故障。同時(shí)，風(fēng)送的輸送系統(tǒng)工藝設(shè)備改造后，控制系統(tǒng)應(yīng)用程序存在缺陷，多次出現(xiàn)無(wú)法進(jìn)行順序控制的故障。由于設(shè)計(jì)問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)許多閥位指示在PLC內(nèi)假指示，無(wú)法體現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況；現(xiàn)場(chǎng)一些風(fēng)機(jī)的報(bào)警聯(lián)鎖沒(méi)有引入PLC中，聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確判斷報(bào)警點(diǎn)，給問(wèn)題的查找?guī)?lái)了不便，且西門(mén)子公司已經(jīng)將S5系列PLC淘汰，全面停止S5系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，于2010年后停止所有型號(hào)備件供應(yīng)，一旦系統(tǒng)卡件損壞，將造成裝置停車(chē)，嚴(yán)重威脅低壓裝置C線的平穩(wěn)生產(chǎn)，屬于重大的設(shè)備隱患。

1 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及系統(tǒng)更新目的

1.1 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

某石化塑料廠低壓聚乙烯裝置C線風(fēng)送控制系統(tǒng)SⅠEMENS S5 PLC，1999年8月投用，系統(tǒng)包括4個(gè)機(jī)柜，1個(gè)工程師站，1個(gè)操作站，Ⅰ/O點(diǎn)369點(diǎn)，10幅流程圖。

更新后采用HONEYWELL TPS（R680）系統(tǒng)，系統(tǒng)包括5個(gè)控制站，8個(gè)操作站機(jī)，1個(gè)工程師站，Ⅰ/O點(diǎn)369點(diǎn)，10幅流程圖。系統(tǒng)配置如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)更新目的

圖1 HONEYWELL TPS系統(tǒng)配置圖

考慮到裝置的重要性和安全性，某石化公司決定對(duì)塑料廠低壓聚乙烯裝置C線風(fēng)送控制系統(tǒng)SⅠEMENS S5 PLC進(jìn)行更新改造，更新為HONEYWELL TPS系統(tǒng)，將風(fēng)送及顆粒料倉(cāng)控制系統(tǒng)SⅠEMENS S5 PLC系統(tǒng)內(nèi)的程序移到HONEYWELL TPS系統(tǒng)的HPM控制站內(nèi)，并入原低壓C線主裝置DCS控制系統(tǒng)（HONEYWELL TPS系統(tǒng)）。研究和開(kāi)發(fā)出一套具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性和安全性的控制系統(tǒng)，使整套生產(chǎn)裝置控制更完整，前后工段銜接更順暢，操作和維護(hù)更簡(jiǎn)便。

2 系統(tǒng)更新技術(shù)要求

2.1 系統(tǒng)硬件要求

新控制系統(tǒng)由1個(gè)機(jī)柜、1臺(tái)操作站組成，要求新系統(tǒng)必須能與C線DCS系統(tǒng)并網(wǎng)。具體要求如下：

（1）新系統(tǒng)維持原邏輯功能不變。

（2）系統(tǒng)Ⅰ/O點(diǎn)總數(shù)為369點(diǎn)，包括261個(gè)DⅠ點(diǎn)，95個(gè)DO點(diǎn)，13個(gè)AⅠ點(diǎn)。更新后的系統(tǒng)包括1個(gè)冗余控制站、1臺(tái)操作站，新系統(tǒng)能與C線DCS系統(tǒng)并網(wǎng)，并網(wǎng)通過(guò)NⅠM25/26節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

（3）原控制系統(tǒng)中的安全繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換器、安全柵、繼電器、空開(kāi)全部更新，包括安全柵13臺(tái)、轉(zhuǎn)換器40臺(tái)、接觸器23臺(tái)、繼電器141臺(tái)、空開(kāi)38個(gè)、零速度檢測(cè)轉(zhuǎn)換器7個(gè)、開(kāi)關(guān)按鈕9個(gè)、時(shí)間繼電器3個(gè)。

（4）控制器應(yīng)具備快速控制能力，從信號(hào)輸入經(jīng)過(guò)PⅠD控制運(yùn)算，到信號(hào)輸出的累積時(shí)間應(yīng)在50 ms以內(nèi)。控制器能按功能塊或控制回路分別設(shè)置控制掃描周期時(shí)間。

（5）Ⅰ/O卡的隔離方式應(yīng)為各通道間相互隔離。

（6）各類(lèi)卡件至少為0.1%精度的產(chǎn)品；D/A、A/D轉(zhuǎn)換為16位分辨率。

（7）AO卡的通道數(shù)不應(yīng)多于每卡16通道；控制、測(cè)量用AⅠ卡的通道數(shù)均不應(yīng)多于每卡16通道；溫度信號(hào)（T/C，RTD）輸入卡的通道數(shù)不應(yīng)多于每卡32通道； 用于聯(lián)鎖、順控的DⅠ卡的通道數(shù)不應(yīng)多于16通道，其他用途DⅠ卡的通道數(shù)不應(yīng)多于32通道；DO卡的通道數(shù)不應(yīng)多于16通道；測(cè)量用脈沖輸入卡的通道數(shù)不超過(guò) 8點(diǎn)。

（8）DCS應(yīng)具備為現(xiàn)場(chǎng)24 V用電儀表供電能力。

（9）智能Ⅰ/O卡要求：接受4～20 mA模擬信號(hào)疊加HART通訊協(xié)議的信號(hào)。

2.2 系統(tǒng)軟件要求

（1）DCS具備連續(xù)過(guò)程控制、批量控制、邏輯和順序控制的功能。軟件標(biāo)準(zhǔn)功能包括：氣體、水蒸氣流量測(cè)量的溫度、壓力補(bǔ)償；非線性控制；以及其他成熟的、定型的過(guò)程控制軟件。

（2）系統(tǒng)總技術(shù)要求DCS必須配備全套的組態(tài)軟件、過(guò)程控制軟件、過(guò)程檢測(cè)軟件和操作軟件。

（3）DCS配備用于保存過(guò)程數(shù)據(jù)記錄的軟件。

（4）DCS配備PⅠD參數(shù)自整定功能。

（5）儀表位號(hào)允許長(zhǎng)度不得少于15位。

（6）操作站、工程師站都具有操作記錄查詢功能。

（7）工程師站應(yīng)配備通用的高級(jí)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、電子表格、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等應(yīng)用軟件及工具軟件。

（8）組態(tài)軟件必須具備在線修改和下裝組態(tài)數(shù)據(jù)的功能，具備在線增加Ⅰ/O卡件功能。

（9）DCS配備生產(chǎn)報(bào)表軟件。

（10）操作站中流程圖畫(huà)面漢化、位號(hào)具有漢字注釋功能。

3 系統(tǒng)更新工作難點(diǎn)

3.1 程序解讀轉(zhuǎn)換

低壓聚乙烯裝置C線風(fēng)送原使用SⅠEMENS S5 PLC系統(tǒng)，由于無(wú)原有程序邏輯，需要解讀現(xiàn)有程序來(lái)實(shí)現(xiàn)HONEYWELL TPS系統(tǒng)組態(tài)。

3.1.1 程序?qū)С?/p>

將現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中ⅠO分配，梯形圖，順序控制語(yǔ)言，功能塊邏輯導(dǎo)出為可讀文件。并跟原系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)是否有遺漏。

3.1.2 程序解讀

為確保程序的順利解讀，需了解工藝過(guò)程。根據(jù)工藝過(guò)程將程序分為四個(gè)工段進(jìn)行解讀，分別為粉末工段，進(jìn)料工段，摻合工段，送料工段。

（1）了解系統(tǒng)的執(zhí)行順序。解讀過(guò)程根據(jù)系統(tǒng)的執(zhí)行順序OB，F(xiàn)B，PB進(jìn)行，程序解讀由易到難。

（2）對(duì)每一條語(yǔ)句分析其代表的含義，確定是系統(tǒng)信息還是工藝邏輯。

① 系統(tǒng)信息確定在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能。

② 工藝邏輯確定工藝過(guò)程并記錄。

（3）了解各個(gè)功能塊的功能，根據(jù)S5程序語(yǔ)言描述出功能塊的作用。

（4）根據(jù)順序控制語(yǔ)言編寫(xiě)的每一條語(yǔ)句的含義并結(jié)合流程，理清楚整個(gè)邏輯過(guò)程。

（5）根據(jù)流程畫(huà)面和系統(tǒng)設(shè)置，清楚系統(tǒng)操作過(guò)程及工藝需要的功能。

例如FX230 用16位字節(jié)定義，如圖2所示。

圖 2 SⅠEMENS S5 程序語(yǔ)句

上述語(yǔ)句表為原S5程序中功能塊的程序設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)邏輯分析簡(jiǎn)化后FX230的功能描述為：?jiǎn)蜠Ⅰ，單DO，9位為信號(hào)開(kāi)，8位為信號(hào)關(guān)，關(guān)信號(hào)優(yōu)先（RS觸發(fā)器）。開(kāi)命令觸發(fā)，開(kāi)回訊2 s未回來(lái)顯示故障；關(guān)命令觸發(fā)，關(guān)回訊2 s未回來(lái)顯示故障。故障恢復(fù)，故障可被復(fù)位。

3.1.3 程序轉(zhuǎn)換

PLC系統(tǒng)與霍尼韋爾TPS系統(tǒng)有很大的差異，轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)用TPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的功能，需要：

（1）根據(jù)解讀程序的梯形圖轉(zhuǎn)換成適合TPS系統(tǒng)的邏輯關(guān)系形成電子文件。

（2）順序控制根據(jù)轉(zhuǎn)換成CL 語(yǔ)言模式電子文件。

（3）功能塊使用邏輯點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電子文件。

注意在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中結(jié)合TPS系統(tǒng)的特點(diǎn)考慮時(shí)序等問(wèn)題。

例如：將圖2的S5程序語(yǔ)句表用TPS邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)化，邏輯圖如圖3所示。

3.2 組態(tài)

3.2.1 系統(tǒng)硬件資源配置組態(tài)

（1）控制系配置組態(tài)包括：系統(tǒng)構(gòu)成、操作站、控制站等設(shè)備的配置信息組態(tài)。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成組態(tài)是定義系統(tǒng)中各設(shè)備的名稱(chēng)、注釋、類(lèi)型、ⅠP地址等。

圖3 TPS系統(tǒng)邏輯圖

（3）控制站的配置組態(tài)包括確定各控制站的啟動(dòng)條件、電源故障診斷時(shí)間、掃描周期、容量以及Ⅰ/O卡件的分配等等。

（4）操作站的配置，要確定每個(gè)操作員站的站號(hào)，每站的工作分配（操作組分配），還有每個(gè)操作員站的操作、報(bào)警優(yōu)先級(jí)確定等。

3.2.2 點(diǎn)組態(tài)

根據(jù)Ⅰ/O點(diǎn)組態(tài)設(shè)計(jì)，完成點(diǎn)的組態(tài)，一般分為兩部分：過(guò)程點(diǎn)和內(nèi)部點(diǎn)的組態(tài)。過(guò)程點(diǎn)為實(shí)際Ⅰ/O點(diǎn)；內(nèi)部點(diǎn)是系統(tǒng)在生成控制回路時(shí)所形成的中間量，有的是為了各種計(jì)算和復(fù)雜控制定義的。點(diǎn)組態(tài)是通過(guò)控制系統(tǒng)提供的組態(tài)工具將《Ⅰ/O點(diǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表》中的所有內(nèi)容輸入控制系統(tǒng)，然后形成數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2.3 控制回路組態(tài)

控制回路組態(tài)往往是控制系統(tǒng)組態(tài)中最為復(fù)雜、難度也最大的部分。在控制回路組態(tài)時(shí)，仔細(xì)閱讀控制系統(tǒng)組態(tài)使用說(shuō)明書(shū)，確切理解每個(gè)算法模塊的用途及模塊中的每個(gè)參數(shù)的含義，特別是對(duì)于那些復(fù)雜模塊。然后根據(jù)回路圖，完成各簡(jiǎn)單回路、復(fù)雜回路的組態(tài)，要確認(rèn)回路連接的正確性。

3.2.4 邏輯控制組態(tài)

根據(jù)聯(lián)鎖邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)，并用邏輯塊等方式進(jìn)行組態(tài)；邏輯組態(tài)應(yīng)盡量減少中間變量、避免互相傳遞，在實(shí)現(xiàn)邏輯功能的基礎(chǔ)上盡量減化邏輯。

3.2.5 流程圖畫(huà)面組態(tài)

根據(jù)工藝流程PⅠ圖完成流程圖畫(huà)面的組態(tài)。將工藝的實(shí)際罐的動(dòng)態(tài)液位、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、閥門(mén)狀態(tài)、操作軟鍵、儀表回路等表述完整。

3.2.6 操作員功能組態(tài)

操作員功能組態(tài)包括功能鍵、控制分組、趨勢(shì)分組、總貌畫(huà)面等等，根據(jù)工藝技術(shù)人員要求進(jìn)行組態(tài)，將確認(rèn)后的內(nèi)容輸入控制系統(tǒng)，一般在系統(tǒng)投用前還要進(jìn)行修改和增加。

3.2.7 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)

控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般用于趨勢(shì)顯示、事故分析、報(bào)表運(yùn)算等。歷史數(shù)據(jù)通常占用很大的系統(tǒng)資源，特別是存儲(chǔ)頻率較快，若數(shù)據(jù)點(diǎn)多的話，會(huì)給系統(tǒng)增加較大的負(fù)擔(dān)。

3.2.8 組態(tài)檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙認(rèn)真檢查、核對(duì)所組態(tài)內(nèi)容，確認(rèn)并修改完善。

3.3.9 組態(tài)測(cè)試

由于塑料廠低壓C線風(fēng)送改造項(xiàng)目整個(gè)組態(tài)內(nèi)容是根據(jù)原控制系統(tǒng)解讀，而來(lái)程序解讀困難，同時(shí)霍尼韋爾系統(tǒng)與西門(mén)子PLCS5系統(tǒng)在功能實(shí)現(xiàn)上有很大的不同，因此提前在實(shí)驗(yàn)裝置上對(duì)解讀的程序進(jìn)行組態(tài)并進(jìn)行邏輯測(cè)試和功能實(shí)現(xiàn)測(cè)試。保證組態(tài)程序的正確和功能的完整性，確保系統(tǒng)更新的順利實(shí)施。

4 系統(tǒng)更新的創(chuàng)新科學(xué)價(jià)值及更新成效

4.1 創(chuàng)新科學(xué)價(jià)值

結(jié)合我國(guó)國(guó)情研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)技術(shù)，建立符合生產(chǎn)管理需要、基于密相氣力輸送技術(shù)的風(fēng)送及顆粒料倉(cāng)控制系統(tǒng)，而進(jìn)行的這次控制系統(tǒng)更新具有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新科學(xué)價(jià)值：

（1）科學(xué)性：通過(guò)深入分析和研究，構(gòu)建合理的應(yīng)用程序架構(gòu)，優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，使整套控制系統(tǒng)更具科學(xué)性。

（2）準(zhǔn)確性：根據(jù)生產(chǎn)裝置的實(shí)際需要，優(yōu)化應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，并依據(jù)不同的設(shè)備自定義不同的功能塊，保證對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確控制。

（3）安全性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為立即停車(chē)和順序停車(chē)兩種方式，確保在任何緊急情況下，都能將裝置停下來(lái)，以保證人身安全和設(shè)備安全。

（4）簡(jiǎn)易性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度高，整個(gè)風(fēng)送系統(tǒng)的啟停、換向閥的換向均采用自動(dòng)控制，從而大大節(jié)省了勞動(dòng)力，簡(jiǎn)化操作步驟，降低操作錯(cuò)誤幾率。

（5）可擴(kuò)性：可以單獨(dú)在一個(gè)工廠運(yùn)行，也可以擴(kuò)展至整個(gè)石化公司的類(lèi)似裝置，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

4.2 系統(tǒng)更新成效

系統(tǒng)更新后實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝置平穩(wěn)操作，減少非計(jì)劃停車(chē)次數(shù)。充分體現(xiàn)系統(tǒng)操作的簡(jiǎn)便性、聯(lián)鎖的安全性、自動(dòng)化控制的精確性和快速性。幫助現(xiàn)場(chǎng)操作和維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，直接保障安全生產(chǎn),提高裝置安全生產(chǎn)和維護(hù)管理水平。