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★于楓，李馨，劉大江，王彪（中國(guó)石油大連石化公司，遼寧大連116033）

摘要：連續(xù)重整裝置DCS控制系統(tǒng)采用的是Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)，已經(jīng)連續(xù)使用20余年。監(jiān)控設(shè)備的軟件版本較低，硬件設(shè)備備件購(gòu)買困難，設(shè)備進(jìn)入故障高發(fā)期，尤其是GUS操作站及LUN/UCN網(wǎng)絡(luò)頻繁故障。為了保證裝置平穩(wěn)安全的運(yùn)行，對(duì)TPS控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)方案是在原有TPS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，更新過(guò)時(shí)的、老化的、故障多發(fā)的設(shè)備和軟件，保留生命周期長(zhǎng)、穩(wěn)定性高的PMIO設(shè)備及I/O卡件，將原有的LCN/UCN網(wǎng)絡(luò)替換成PKS系統(tǒng)容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在升級(jí)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)方案，對(duì)其它控制系統(tǒng)升級(jí)具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：TPS系統(tǒng)；PKS系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)

1 引言

公司連續(xù)重整裝置采用的控制系統(tǒng)是Honeywell公司TPS系統(tǒng)，已投用20余年，由于系統(tǒng)頻繁報(bào)警，裝置安全生產(chǎn)存在一定隱患，經(jīng)過(guò)公司討論確定在停檢期間進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造。

2 TPS系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性

連續(xù)重整GUS操作站采用WindowsNT4.0操作系統(tǒng)，現(xiàn)已出現(xiàn)性能下降及故障頻發(fā)現(xiàn)象，給正常的安全操作帶來(lái)影響。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)地不斷更新和發(fā)展，現(xiàn)在主流的計(jì)算機(jī)設(shè)備已經(jīng)不能兼容現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)軟件，一旦現(xiàn)場(chǎng)GUS設(shè)備出現(xiàn)故障，將面臨無(wú)可替換的備品備件，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法短期內(nèi)恢復(fù)系統(tǒng)，市場(chǎng)上已經(jīng)無(wú)法采購(gòu)到支持該操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，將給生產(chǎn)帶來(lái)相當(dāng)大的損失風(fēng)險(xiǎn)。將操作站升級(jí)成Windows10系統(tǒng)，方便日常維護(hù)及備件儲(chǔ)存。

為了降低維護(hù)成本，隨著Honeywell公司技術(shù)更新和設(shè)備的改進(jìn)，越來(lái)越多的通用IT設(shè)備被應(yīng)用到DCS系統(tǒng)中，如PKS系統(tǒng)中將完全取消TPS系統(tǒng)中NIM、HM、GUS等專用設(shè)備，使用通用的計(jì)算機(jī)設(shè)備替代，使用以太網(wǎng)技術(shù)替代了LCN、UCN網(wǎng)絡(luò)，相反原有的專用設(shè)備由于應(yīng)用減少，市場(chǎng)成本增加，價(jià)格不斷上漲，購(gòu)置備品備件的壓力越來(lái)越大。通過(guò)升級(jí)將使用Honeywell認(rèn)證的服務(wù)器、工作站、以太網(wǎng)設(shè)備替代TPS系統(tǒng)中的GUS操作站、NIM節(jié)點(diǎn)、HM節(jié)點(diǎn)和LCN、UCN網(wǎng)絡(luò)，消除各設(shè)備多年使用累積的故障隱患，使升級(jí)后的系統(tǒng)開始一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行周期。

用PKS系統(tǒng)C300控制器替代原TPS系統(tǒng)的HPM控制器，新的C300控制器比HPM控制器有更強(qiáng)大的處理能力、更多的控制算法，兼容更多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。C300控制器替代HPM控制器將保留使用原HPM控制器的I/O卡，不改變I/O通道分配，無(wú)需工程組態(tài)、沒(méi)有I/O拆接線工作，工期短，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

隨著企業(yè)信息化管理水平的不斷提高，對(duì)DCS系統(tǒng)中過(guò)程數(shù)據(jù)將會(huì)有進(jìn)一步的需求，可能被實(shí)時(shí)地應(yīng)用到生產(chǎn)管理、設(shè)備監(jiān)控、質(zhì)量分析、優(yōu)化控制等方面，TPS系統(tǒng)因?yàn)槭巧鲜兰o(jì)80年代的技術(shù)，系統(tǒng)的開放性和信息的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用能力無(wú)法滿足現(xiàn)代技術(shù)的需求，成為企業(yè)提高生產(chǎn)過(guò)程信息應(yīng)用的障礙。通過(guò)升級(jí)，能夠獲得PKS系統(tǒng)的新功能、新技術(shù)。分享新一代PKS控制系統(tǒng)的技術(shù)成果，新的PKS控制系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、備品備件易于采購(gòu)。

3 系統(tǒng)升級(jí)方案

3.1 TPS系統(tǒng)配置圖及升級(jí)后PKS系統(tǒng)配置圖對(duì)比（如圖1、2所示）

圖1 TPS系統(tǒng)配置圖

圖2 升級(jí)后PKS系統(tǒng)配置圖

3.2 TPS系統(tǒng)升級(jí)方案

3.2.1 系統(tǒng)軟件升級(jí)

將TPS控制系統(tǒng)軟件升級(jí)為Honeywell Experion PKS控制系統(tǒng)軟件，軟件版本為最新版本R511，功能更完善，穩(wěn)定性更好，PKS的軟件授權(quán)與原系統(tǒng)授權(quán)保持一致。

軟件內(nèi)容包含3000點(diǎn)過(guò)程組態(tài)軟件授權(quán)、1000點(diǎn)SCADA授權(quán)、服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)軟授權(quán)、Modbus接口授權(quán)、OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)器連接授權(quán)、Excel數(shù)據(jù)交換、報(bào)表使用、組態(tài)工具：Control Builder（C200/C300/ACE控制策略組態(tài)軟件）、Quick Builder（操作站，操作員、SCADA通訊組態(tài)軟件）、HMIWEB Display Builder（流程畫面、顯示畫面組態(tài)軟件）。

通過(guò)這些軟件，能夠很方便地進(jìn)行控制策略的生成和操作畫面的制作。系統(tǒng)基本軟件安裝在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部基礎(chǔ)功能，包括實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)采集、處理和歷史存儲(chǔ)，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

原有的HPM的控制組態(tài)通過(guò)升級(jí)工具軟件轉(zhuǎn)換成C300的控制程序，保證原有控制策略移植到PKS系統(tǒng)的C300控制器中，提高了升級(jí)過(guò)程的安全性，減少了組態(tài)工作量，縮短了工程工期。

3.2.2操作員站及工程師站硬件升級(jí)

（1）PKS服務(wù)器

新增2臺(tái)冗余的PKS服務(wù)器，取消原有工程師站和App節(jié)點(diǎn)，作為OPC服務(wù)器與MES系統(tǒng)通訊。

硬件采用DELL T340的高性能服務(wù)器，操作系統(tǒng)采用經(jīng)Honeywell公司的測(cè)試認(rèn)證的Windows Server2016（64位），確保系統(tǒng)的兼容性與可靠性。

（2）操作站

原4臺(tái)GUS操作站升級(jí)為4臺(tái)雙屏PKS操作站。操作臺(tái)利舊，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間增加4個(gè)雙屏支架。

硬件采用DELL T5820XL工作站，采用雙屏22"LED液晶顯示器，操作系統(tǒng)采用經(jīng)Honeywell公司的測(cè)試認(rèn)證的Windows10，確保系統(tǒng)的兼容性與可靠性。

（3）防病毒服務(wù)器

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間的工程師室新增1臺(tái)防病毒服務(wù)器。

硬件采用DELLT340的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，操作系統(tǒng)采用經(jīng)Honeywell公司的測(cè)試認(rèn)證的Windows Server2016（64位），確保系統(tǒng)的兼容性與可靠性。

3.2.3 系統(tǒng)下位控制器部分的升級(jí)及改造

3對(duì)冗余的HPM控制器升級(jí)為2對(duì)冗余的C300控制器。

原有TPS系統(tǒng)HPM09/10與HPM11/12整合升級(jí)為1對(duì)C300控制器，HPM13/14單獨(dú)升級(jí)為1對(duì)C300控制器，HPM機(jī)柜內(nèi)空閑的機(jī)籠位置安裝C300控制器及控制防火墻。升級(jí)后，原HPM機(jī)柜及I/O卡件保持兼容，繼續(xù)使用，C300控制器通過(guò)I/OLink電纜和原HPM控制器對(duì)應(yīng)的I/O卡件箱連接通訊。原系統(tǒng)I/O卡件和輔助機(jī)柜保留使用，升級(jí)過(guò)程無(wú)需重新接線，沒(méi)有外圍輔助工程的設(shè)計(jì)、施工和工程投資。

不兼容卡件升級(jí)方案如下：

Pulse Input卡件，C300控制器不支持PMI/OPulse Input卡件，所以把Pulse Input信號(hào)通過(guò)安全柵轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)，這些信號(hào)直接接到原有AI卡件的備用通道。

PMIO IOP卡件，原有HLAI和LLMUX IOP的芯片固件未達(dá)到C300控制器支持的最低標(biāo)準(zhǔn)，因此采用對(duì)芯片進(jìn)行升級(jí)，能夠最大限度地降低施工量，輸入輸出卡件及現(xiàn)場(chǎng)、盤間接線保持不變，極大地降低項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)及節(jié)省了資金成體，縮短了項(xiàng)目工期。

3.2.4 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)

PKS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用Honeywell的容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE結(jié)構(gòu)，以代替原有的LCN/UCN網(wǎng)絡(luò)。

改造現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間1面LCN柜為網(wǎng)絡(luò)柜，放置新增的1對(duì)交換機(jī)，光纖盒，以及Terminal Server。

中央控制室新增一面網(wǎng)絡(luò)柜，放置新增的1對(duì)交換機(jī)、光纖盒。

配置交換機(jī)4臺(tái)，連接服務(wù)器、C300控制器及操作員站構(gòu)成FTE結(jié)構(gòu)。交換機(jī)之間的光纜利舊，增加以太網(wǎng)線滿足實(shí)際需要。

3.2.5  第三方接口添加

新增OPC Data Server接口，對(duì)外發(fā)送PKS系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)，與MES系統(tǒng)通訊，為工廠數(shù)據(jù)集成提供服務(wù)。

配置2臺(tái)終端服務(wù)器及Modbus接口軟件授權(quán)，與ESD系統(tǒng)進(jìn)行冗余通訊。

4 升級(jí)過(guò)程功能完善及標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)

（1）控制器負(fù)荷畫面進(jìn)行顯示并做歷史曲線；流程圖增加一副控制系統(tǒng)硬件狀態(tài)圖，如每個(gè)控制器、每個(gè)電源、每個(gè)卡件、操作站、服務(wù)器等，方便維護(hù)人員系統(tǒng)巡檢。如圖3所示。

（2）做自控率統(tǒng)計(jì)畫面，自動(dòng)計(jì)算自控率，串級(jí)、比例、復(fù)雜回路等均考慮為一個(gè)回路；每個(gè)回路可以增加備用/投入開關(guān)，真實(shí)反映裝置自動(dòng)率實(shí)際狀況。如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)負(fù)荷及硬件狀態(tài)圖

圖4 自控率回路統(tǒng)計(jì)圖

（3）自動(dòng)生成工藝報(bào)表，分為班報(bào)、天報(bào)、周報(bào)、月報(bào)，自動(dòng)匯總工藝操作記錄及報(bào)警相關(guān)記錄。如圖5所示。

圖5 自動(dòng)生成工藝報(bào)表

（4）報(bào)警分類：根據(jù)工藝點(diǎn)的重要程度分一、二、三級(jí)，一級(jí)報(bào)警為紅色，二級(jí)報(bào)警為橙色，三級(jí)報(bào)警為黃色；取消原有儀表設(shè)定的高報(bào)、低報(bào)與高高報(bào)、低低報(bào)二級(jí)報(bào)警顏色警示方式。如圖6所示。

圖6 三級(jí)報(bào)警圖例

（5）控制回路關(guān)鍵PID與常規(guī)PID面板不同，關(guān)鍵PID面板有黃色背景，提醒操作人員小心謹(jǐn)慎；面板增加二次確認(rèn)，SP值超工藝卡片值時(shí)，需要彈出確認(rèn)窗口，確認(rèn)后直接輸入鍵入的值，但上下箭頭及上上下下箭頭無(wú)需二次確認(rèn)。如圖7所示。

圖7 關(guān)鍵PID與常規(guī)PID面板圖例

（6）取消原有高、高高、低、低低值啟停泵/閥的控制，而采用比較方式，比較的值可以在線修改。如圖8所示。

圖8 比較方式啟停泵圖例

（7）Station畫面增加簡(jiǎn)易聯(lián)鎖邏輯圖，PKS聯(lián)鎖輸入點(diǎn)每種類型做投切按鈕，方便工藝人員緊急情況摘除聯(lián)鎖及儀表故障處理。如圖9所示。

圖9 簡(jiǎn)易聯(lián)鎖邏輯及投切聯(lián)鎖按鈕圖

5 升級(jí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案

5.1 網(wǎng)絡(luò)故障

問(wèn)題：裝置開工過(guò)程系統(tǒng)FTE網(wǎng)絡(luò)頻繁故障報(bào)警，系統(tǒng)多次單網(wǎng)運(yùn)行。

原因分析：經(jīng)排查FTEB網(wǎng)存在數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象，從而造成網(wǎng)絡(luò)斷開系統(tǒng)報(bào)警，進(jìn)一步確認(rèn)發(fā)現(xiàn)管控中心到連續(xù)重整間距有2000多米，而利舊原有多模光纜已使用年數(shù)太久，存在衰減現(xiàn)象，B光纜跳線直接接到交換機(jī)多模SFP模塊上讀取不到數(shù)據(jù)。

解決方法：將B光纜跳線經(jīng)過(guò)光端機(jī)轉(zhuǎn)換放大光信號(hào)，最終通過(guò)網(wǎng)線接到交換機(jī)網(wǎng)口上，最終解決方案是重新施放1根單模光纜徹底解決光纜引起的報(bào)警現(xiàn)象。

5.2 回路故障

問(wèn)題：多個(gè)復(fù)雜回路投不上自動(dòng)。原因分析：?jiǎn)位芈房刂片F(xiàn)場(chǎng)無(wú)問(wèn)題，因此確認(rèn)是組態(tài)存在問(wèn)題，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)故障回路都存在FANOUT模塊，確認(rèn)功能塊參數(shù)組態(tài)存在錯(cuò)誤。

解決方案：通過(guò)幫助文件查出FANOUT模塊成比例輸出數(shù)據(jù)，組態(tài)方式與下方鏈接點(diǎn)量程有關(guān)系，按照對(duì)應(yīng)關(guān)系逐個(gè)改變參數(shù)后投用正常。

6 結(jié)束語(yǔ)

本次系統(tǒng)升級(jí)投用超過(guò)1年，未出現(xiàn)任何系統(tǒng)軟硬件報(bào)警，從根源上消除了原有系統(tǒng)隱患，降低了維護(hù)成本，減少了儀表工作量，優(yōu)化地操作畫面更是贏得了生產(chǎn)車間一致好評(píng)。這次改造，從根本上解決了TPS系統(tǒng)對(duì)裝置長(zhǎng)期安全生產(chǎn)運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)裝置平穩(wěn)運(yùn)行給予了有力保障。標(biāo)準(zhǔn)化施工方法也可以為其它控制系統(tǒng)的升級(jí)起到借鑒作用。

作者簡(jiǎn)介:

于楓 （1977-），男，遼寧大連人，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)石油大連石化公司，研究方向?yàn)閮x表及控制系統(tǒng)。

李馨 （1989-），女，山東蓬萊人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油大連石化公司，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程工藝及儀表自動(dòng)化。

劉大江 （1989-），男，遼寧大連人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油大連石化公司，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。

王彪 （1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油大連石化公司，研究方向?yàn)榭刂乒こ獭?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建宇,劉永恒,王勇.針對(duì)TPS系統(tǒng)GUS操作站升級(jí)問(wèn)題的探討[J].

[2]Honeywell(中國(guó))自動(dòng)化學(xué)院.ExperionPKSR5XX系統(tǒng)組態(tài)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[Z].

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年9月刊