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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(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)備備件購買困難，設(shè)備進入故障高發(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)安全的運行，對TPS控制系統(tǒng)進行升級，升級方案是在原有TPS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，更新過時的、老化的、故障多發(fā)的設(shè)備和軟件，保留生命周期長、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)容錯以太網(wǎng)FTE結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在升級過程中標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)方案，對其它控制系統(tǒng)升級具有借鑒作用。

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)頻繁報警，裝置安全生產(chǎn)存在一定隱患，經(jīng)過公司討論確定在停檢期間進行系統(tǒng)升級改造。

2 TPS系統(tǒng)升級改造的必要性

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影響。特別是隨著計算機技術(shù)地不斷更新和發(fā)展，現(xiàn)在主流的計算機設(shè)備已經(jīng)不能兼容現(xiàn)場DCS系統(tǒng)軟件，一旦現(xiàn)場GUS設(shè)備出現(xiàn)故障，將面臨無可替換的備品備件，嚴(yán)重時無法短期內(nèi)恢復(fù)系統(tǒng)，市場上已經(jīng)無法采購到支持該操作系統(tǒng)的計算機，將給生產(chǎn)帶來相當(dāng)大的損失風(fēng)險。將操作站升級成Windows10系統(tǒng)，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(shù)更新和設(shè)備的改進，越來越多的通用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，使用通用的計算機設(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(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、HM節(jié)點和LCN、UCN網(wǎng)絡(luò)，消除各設(shè)備多年使用累積的故障隱患，使升級后的系統(tǒng)開始一個新的穩(wěn)定運行周期。

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控制器有更強大的處理能力、更多的控制算法，兼容更多的現(xiàn)場設(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，無需工程組態(tài)、沒有I/O拆接線工作，工期短，無風(fēng)險。

隨著企業(yè)信息化管理水平的不斷提高，對DCS系統(tǒng)中過程數(shù)據(jù)將會有進一步的需求，可能被實時地應(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)因為是上世紀(jì)80年代的技術(shù)，系統(tǒng)的開放性和信息的進一步開發(fā)應(yīng)用能力無法滿足現(xiàn)代技術(shù)的需求，成為企業(yè)提高生產(chǎn)過程信息應(yīng)用的障礙。通過升級，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、維護簡單、備品備件易于采購。

3 系統(tǒng)升級方案

3.1 TPS系統(tǒng)配置圖及升級后PKS系統(tǒng)配置圖對比（如圖1、2所示）

圖1 TPS系統(tǒng)配置圖

圖2 升級后PKS系統(tǒng)配置圖

3.2 TPS系統(tǒng)升級方案

3.2.1 系統(tǒng)軟件升級

將TPS控制系統(tǒng)軟件升級為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點過程組態(tài)軟件授權(quán)、1000點SCADA授權(quán)、服務(wù)器數(shù)據(jù)庫軟授權(quán)、Modbus接口授權(quán)、OPC數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器連接授權(quán)、Excel數(shù)據(jù)交換、報表使用、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(tǒng)基本軟件安裝在服務(wù)器上，實現(xiàn)系統(tǒng)的全部基礎(chǔ)功能，包括實施數(shù)據(jù)庫采集、處理和歷史存儲，同時進行報警管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

原有的HPM的控制組態(tài)通過升級工具軟件轉(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，提高了升級過程的安全性，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

（1）PKS服務(wù)器

新增2臺冗余的PKS服務(wù)器，取消原有工程師站和App節(jié)點，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GUS操作站升級為4臺雙屏PKS操作站。操作臺利舊，現(xiàn)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(tǒng)采用經(jīng)Honeywell公司的測試認(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)場機柜間的工程師室新增1臺防病毒服務(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(tǒng)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(nèi)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(xù)使用，C300控制器通過I/OLink電纜和原HPM控制器對應(yīng)的I/O卡件箱連接通訊。原系統(tǒng)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(shè)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(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)場、盤間接線保持不變，極大地降低項目的風(fēng)險及節(jié)省了資金成體，縮短了項目工期。

3.2.4 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)升級

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

改造現(xiàn)場機柜間1面LCN柜為網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wù)器、C300控制器及操作員站構(gòu)成FTE結(jié)構(gòu)。交換機之間的光纜利舊，增加以太網(wǎng)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(fā)送PKS系統(tǒng)過程數(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臺終端服務(wù)器及Modbus接口軟件授權(quán)，與ESD系統(tǒng)進行冗余通訊。

4 升級過程功能完善及標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)

（1）控制器負(fù)荷畫面進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，如每個控制器、每個電源、每個卡件、操作站、服務(wù)器等，方便維護人員系統(tǒng)巡檢。如圖3所示。

（2）做自控率統(tǒng)計畫面，自動計算自控率，串級、比例、復(fù)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(guān)，真實反映裝置自動率實際狀況。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(guān)記錄。如圖5所示。

圖5 自動生成工藝報表

（4）報警分類：根據(jù)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(shè)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(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，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畫面增加簡易聯(lián)鎖邏輯圖，PKS聯(lián)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(lián)鎖及儀表故障處理。如圖9所示。

圖9 簡易聯(lián)鎖邏輯及投切聯(lián)鎖按鈕圖

5 升級中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案

5.1 網(wǎng)絡(luò)故障

問題：裝置開工過程系統(tǒng)FTE網(wǎng)絡(luò)頻繁故障報警，系統(tǒng)多次單網(wǎng)運行。

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)報警，進一步確認(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)過光端機轉(zhuǎn)換放大光信號，最終通過網(wǎng)線接到交換機網(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警現(xiàn)象。

5.2 回路故障

問題：多個復(fù)雜回路投不上自動。原因分析：單回路控制現(xiàn)場無問題，因此確認(rèn)是組態(tài)存在問題，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)存在錯誤。

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

6 結(jié)束語

本次系統(tǒng)升級投用超過1年，未出現(xiàn)任何系統(tǒng)軟硬件報警，從根源上消除了原有系統(tǒng)隱患，降低了維護成本，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。這次改造，從根本上解決了TPS系統(tǒng)對裝置長期安全生產(chǎn)運行存在的風(fēng)險隱患，對裝置平穩(wěn)運行給予了有力保障。標(biāo)準(zhǔn)化施工方法也可以為其它控制系統(tǒng)的升級起到借鑒作用。

作者簡介:

于楓 （1977-），男，遼寧大連人，工程師，現(xiàn)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(tǒng)。

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

劉大江 （1989-），男，遼寧大連人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)GUS操作站升級問題的探討[J].

[2]Honeywell(中國)自動化學(xué)院.ExperionPKSR5XX系統(tǒng)組態(tài)實驗手冊[Z].

摘自《自動化博覽》2022年9月刊