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★于楓，李馨，劉大江，王彪（中國石油大連石化公司，遼寧大連116033）

摘要：連續重整裝置DCS控制系統采用的是Honeywell公司的TPS控制系統，已經連續使用20余年。監控設備的軟件版本較低，硬件設備備件購買困難，設備進入故障高發期，尤其是GUS操作站及LUN/UCN網絡頻繁故障。為了保證裝置平穩安全的運行，對TPS控制系統進行升級，升級方案是在原有TPS系統基礎上，更新過時的、老化的、故障多發的設備和軟件，保留生命周期長、穩定性高的PMIO設備及I/O卡件，將原有的LCN/UCN網絡替換成PKS系統容錯以太網FTE結構網絡。在升級過程中標準化組態方案，對其它控制系統升級具有借鑒作用。

關鍵詞：TPS系統；PKS系統；標準化組態

1 引言

公司連續重整裝置采用的控制系統是Honeywell公司TPS系統，已投用20余年，由于系統頻繁報警，裝置安全生產存在一定隱患，經過公司討論確定在停檢期間進行系統升級改造。

2 TPS系統升級改造的必要性

連續重整GUS操作站采用WindowsNT4.0操作系統，現已出現性能下降及故障頻發現象，給正常的安全操作帶來影響。特別是隨著計算機技術地不斷更新和發展，現在主流的計算機設備已經不能兼容現場DCS系統軟件，一旦現場GUS設備出現故障，將面臨無可替換的備品備件，嚴重時無法短期內恢復系統，市場上已經無法采購到支持該操作系統的計算機，將給生產帶來相當大的損失風險。將操作站升級成Windows10系統，方便日常維護及備件儲存。

為了降低維護成本，隨著Honeywell公司技術更新和設備的改進，越來越多的通用IT設備被應用到DCS系統中，如PKS系統中將完全取消TPS系統中NIM、HM、GUS等專用設備，使用通用的計算機設備替代，使用以太網技術替代了LCN、UCN網絡，相反原有的專用設備由于應用減少，市場成本增加，價格不斷上漲，購置備品備件的壓力越來越大。通過升級將使用Honeywell認證的服務器、工作站、以太網設備替代TPS系統中的GUS操作站、NIM節點、HM節點和LCN、UCN網絡，消除各設備多年使用累積的故障隱患，使升級后的系統開始一個新的穩定運行周期。

用PKS系統C300控制器替代原TPS系統的HPM控制器，新的C300控制器比HPM控制器有更強大的處理能力、更多的控制算法，兼容更多的現場設備。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，無需工程組態、沒有I/O拆接線工作，工期短，無風險。

隨著企業信息化管理水平的不斷提高，對DCS系統中過程數據將會有進一步的需求，可能被實時地應用到生產管理、設備監控、質量分析、優化控制等方面，TPS系統因為是上世紀80年代的技術，系統的開放性和信息的進一步開發應用能力無法滿足現代技術的需求，成為企業提高生產過程信息應用的障礙。通過升級，能夠獲得PKS系統的新功能、新技術。分享新一代PKS控制系統的技術成果，新的PKS控制系統性能更加穩定、使用方便、維護簡單、備品備件易于采購。

3 系統升級方案

3.1 TPS系統配置圖及升級后PKS系統配置圖對比（如圖1、2所示）

圖1 TPS系統配置圖

圖2 升級后PKS系統配置圖

3.2 TPS系統升級方案

3.2.1 系統軟件升級

將TPS控制系統軟件升級為Honeywell Experion PKS控制系統軟件，軟件版本為最新版本R511，功能更完善，穩定性更好，PKS的軟件授權與原系統授權保持一致。

軟件內容包含3000點過程組態軟件授權、1000點SCADA授權、服務器數據庫軟授權、Modbus接口授權、OPC數據訪問服務器連接授權、Excel數據交換、報表使用、組態工具：Control Builder（C200/C300/ACE控制策略組態軟件）、Quick Builder（操作站，操作員、SCADA通訊組態軟件）、HMIWEB Display Builder（流程畫面、顯示畫面組態軟件）。

通過這些軟件，能夠很方便地進行控制策略的生成和操作畫面的制作。系統基本軟件安裝在服務器上，實現系統的全部基礎功能，包括實施數據庫采集、處理和歷史存儲，同時進行報警管理、網絡管理等。

原有的HPM的控制組態通過升級工具軟件轉換成C300的控制程序，保證原有控制策略移植到PKS系統的C300控制器中，提高了升級過程的安全性，減少了組態工作量，縮短了工程工期。

3.2.2操作員站及工程師站硬件升級

（1）PKS服務器

新增2臺冗余的PKS服務器，取消原有工程師站和App節點，作為OPC服務器與MES系統通訊。

硬件采用DELL T340的高性能服務器，操作系統采用經Honeywell公司的測試認證的Windows Server2016（64位），確保系統的兼容性與可靠性。

（2）操作站

原4臺GUS操作站升級為4臺雙屏PKS操作站。操作臺利舊，現場機柜間增加4個雙屏支架。

硬件采用DELL T5820XL工作站，采用雙屏22"LED液晶顯示器，操作系統采用經Honeywell公司的測試認證的Windows10，確保系統的兼容性與可靠性。

（3）防病毒服務器

現場機柜間的工程師室新增1臺防病毒服務器。

硬件采用DELLT340的標準服務器，操作系統采用經Honeywell公司的測試認證的Windows Server2016（64位），確保系統的兼容性與可靠性。

3.2.3 系統下位控制器部分的升級及改造

3對冗余的HPM控制器升級為2對冗余的C300控制器。

原有TPS系統HPM09/10與HPM11/12整合升級為1對C300控制器，HPM13/14單獨升級為1對C300控制器，HPM機柜內空閑的機籠位置安裝C300控制器及控制防火墻。升級后，原HPM機柜及I/O卡件保持兼容，繼續使用，C300控制器通過I/OLink電纜和原HPM控制器對應的I/O卡件箱連接通訊。原系統I/O卡件和輔助機柜保留使用，升級過程無需重新接線，沒有外圍輔助工程的設計、施工和工程投資。

不兼容卡件升級方案如下：

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

PMIO IOP卡件，原有HLAI和LLMUX IOP的芯片固件未達到C300控制器支持的最低標準，因此采用對芯片進行升級，能夠最大限度地降低施工量，輸入輸出卡件及現場、盤間接線保持不變，極大地降低項目的風險及節省了資金成體，縮短了項目工期。

3.2.4 控制系統網絡升級

PKS系統網絡使用Honeywell的容錯以太網FTE結構，以代替原有的LCN/UCN網絡。

改造現場機柜間1面LCN柜為網絡柜，放置新增的1對交換機，光纖盒，以及Terminal Server。

中央控制室新增一面網絡柜，放置新增的1對交換機、光纖盒。

配置交換機4臺，連接服務器、C300控制器及操作員站構成FTE結構。交換機之間的光纜利舊，增加以太網線滿足實際需要。

3.2.5  第三方接口添加

新增OPC Data Server接口，對外發送PKS系統過程數據，與MES系統通訊，為工廠數據集成提供服務。

配置2臺終端服務器及Modbus接口軟件授權，與ESD系統進行冗余通訊。

4 升級過程功能完善及標準化組態

（1）控制器負荷畫面進行顯示并做歷史曲線；流程圖增加一副控制系統硬件狀態圖，如每個控制器、每個電源、每個卡件、操作站、服務器等，方便維護人員系統巡檢。如圖3所示。

（2）做自控率統計畫面，自動計算自控率，串級、比例、復雜回路等均考慮為一個回路；每個回路可以增加備用/投入開關，真實反映裝置自動率實際狀況。如圖4所示。

圖3 系統負荷及硬件狀態圖

圖4 自控率回路統計圖

（3）自動生成工藝報表，分為班報、天報、周報、月報，自動匯總工藝操作記錄及報警相關記錄。如圖5所示。

圖5 自動生成工藝報表

（4）報警分類：根據工藝點的重要程度分一、二、三級，一級報警為紅色，二級報警為橙色，三級報警為黃色；取消原有儀表設定的高報、低報與高高報、低低報二級報警顏色警示方式。如圖6所示。

圖6 三級報警圖例

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

圖7 關鍵PID與常規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畫面增加簡易聯鎖邏輯圖，PKS聯鎖輸入點每種類型做投切按鈕，方便工藝人員緊急情況摘除聯鎖及儀表故障處理。如圖9所示。

圖9 簡易聯鎖邏輯及投切聯鎖按鈕圖

5 升級中發現的問題及解決方案

5.1 網絡故障

問題：裝置開工過程系統FTE網絡頻繁故障報警，系統多次單網運行。

原因分析：經排查FTEB網存在數據包丟失現象，從而造成網絡斷開系統報警，進一步確認發現管控中心到連續重整間距有2000多米，而利舊原有多模光纜已使用年數太久，存在衰減現象，B光纜跳線直接接到交換機多模SFP模塊上讀取不到數據。

解決方法：將B光纜跳線經過光端機轉換放大光信號，最終通過網線接到交換機網口上，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警現象。

5.2 回路故障

問題：多個復雜回路投不上自動。原因分析：單回路控制現場無問題，因此確認是組態存在問題，經排查發現故障回路都存在FANOUT模塊，確認功能塊參數組態存在錯誤。

解決方案：通過幫助文件查出FANOUT模塊成比例輸出數據，組態方式與下方鏈接點量程有關系，按照對應關系逐個改變參數后投用正常。

6 結束語

本次系統升級投用超過1年，未出現任何系統軟硬件報警，從根源上消除了原有系統隱患，降低了維護成本，減少了儀表工作量，優化地操作畫面更是贏得了生產車間一致好評。這次改造，從根本上解決了TPS系統對裝置長期安全生產運行存在的風險隱患，對裝置平穩運行給予了有力保障。標準化施工方法也可以為其它控制系統的升級起到借鑒作用。

作者簡介:

于楓 （1977-），男，遼寧大連人，工程師，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為儀表及控制系統。

李馨 （1989-），女，山東蓬萊人，工程師，碩士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為化學工程工藝及儀表自動化。

劉大江 （1989-），男，遼寧大連人，工程師，學士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為自動化。

王彪 （1982-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，碩士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為控制工程。

參考文獻：

[1]劉建宇,劉永恒,王勇.針對TPS系統GUS操作站升級問題的探討[J].

[2]Honeywell(中國)自動化學院.ExperionPKSR5XX系統組態實驗手冊[Z].

摘自《自動化博覽》2022年9月刊