EXPERION PKS系统在260万吨蜡油加氢装置中的应用

摘要：介绍了EXPERION  PKS系统新的特点，包括主要的硬件部分、软件部分，以及系统在金陵分公司260万t/a蜡油加氢处理装置的应用情况，特别是装置的控制方案在EXPERION PKS系统上的具体实现，并且说明了PKS系统用SCM编写顺控程序的应用特点以及与第三方系统通讯时在Quick Builder中的组态设置。

关键词：C300；容错以太网；SCM顺控程序；通讯

一 装置概述         260万t/a蜡油加氢处理装置是为提高金陵分公司加工高硫原油能力、改善催化裂化装置原料品质（使汽油产品能满足国III标准，降低污染物排放）而建的装置。装置设计原料油为沙轻减压蜡油、沙中减压蜡油和焦化蜡油的混合油；产品为石脑油、柴油、加氢处理蜡油。装置由反应部分、分馏部分、脱硫部分和辅助部分组成，共有反应器1台、加热炉2台、塔6座、换热器24台、机泵46台、空冷器17片、各类容器38台。

二 HONEYWELL EXPERION PKS系统介绍（见图一）         EXPERION PKS(Process Knowledge System)系统是Honeywell公司最近推出的新一代控制系统,它继承了传统DOS的优点,同时又融合新的技术突破,是一套比TPS系统更趋完善的控制系统。

        PKS系统基于Windows 2000的服务器, 利用高速动态缓存区采集实时数据,提供报警、显示操作、历史数据采集、报表报告等服务功能；HMIWeb技术基于工业标准的html文件格式和Web浏览器的访问界面；基于CEE执行环境的新一代C300控制器；面向对象的组态工具；FTE容错以太网络。

1 主要的硬件部分 A 控制防火墙（CONTROL FIREWALL）：

        C200控制器、操作站和服务器不能连接到控制防火墙，但是C300控制器必须与控制防火墙连接，控制防火墙通过UPLINK可以连接到交换机上。可以使得广播信息风暴得到抑制，C300控制器不受上层IP网络通讯量的影响。

B C300控制器：         控制器冗余配置时，采用两个完全相同控制器，从而可以实现真正意义上的全冗余，基本控制器和冗余控制器之间的同步对用户是完全透明的,两控制器完全相同，物理上没有主副之分，谁先运行谁为主。当控制器故障发生时自动进行切换，切换时间对应用来说是可以忽略不计的。

        每个C300控制器有2个I/O LINK接口和一个CEE。控制器上有FTE地址拨码开关，可以拨到相应的位置，260万t/a蜡油加氢控制器地址为131、132；133、134。

C  C系列I/O卡件：          有HART AI卡、LLMUX卡、HART AO卡、DI卡、DO卡，卡件上有相应的地址跳线开关。

D 通讯网络FTE:         服务器通过专利技术的容错以太网FTE和控制器通讯，服务器和操作员站之间也通过容错以太网通讯。FTE（FAULT TOLERANT ETHERNET）是PKS的控制网络，提供了容错的特点以及快速的网络响应，而且提供了工业以太网控制应用的安全性。容错以太网意味着网络是冗余配置（物理），但是采用单一网络结构（逻辑），所以切换速度快可达1秒，它可提供比普通以太网更多的通讯路径，以先进的多路由选择替代双网结构的传统冗余模式网络，FTE节点之间有4条路径。

2  软件部分 A 控制策略的组态软件（Control Builder）：         可以创建C300控制器和相应C系列的卡件。Control Builder组态全部采用图形化的工具，系统的控制程序是以CM（控制模块）为基本单位，可以单独从控制器中上装、下装。每个CM有自己的控制周期，这个周期必须为CEE(控制执行环境)周期的倍数，CEE周期有5ms,50ms两种，我们在工程中就用50ms的CEE。

B 系统服务器的组态软件：         用于过程实时数据采集、操作、趋势、报告、打印、事故报警等功能的服务器软件，它基于Windows 2000 SERVER设计，系统的所有组件集成为一体。当用户创建的控制策略下装时，相应的数据同时自动下装到控制处理器和系统服务器数据库中，在服务器数据库中自动建立每个组态生成的模块（CM、SCM、IOM等）所对应的点，控制器和PKS服务器使用统一的位号点名称。本项目中Experion PKS过程系统的服务器是冗余配置的，以提供更高等级的可靠性。 系统服务器的组态软件还包含以下组态软件：

   B-1 Quick Builder 系统资源组态软件：         组态系统硬件，例如FLEX操作站、打印机、第三方控制器中相应的标准点。

        B-2 Enterprise Model Builder 企业模型组态：         组态和分配Asset。定义每个操作站对Asset的操作权限，从而规定此站的操作工对过程操作的权限。

C 流程图绘制软件HMIWeb Display Builder：         PKS的人机界面采用HMIWeb技术。HMIWeb使用HTML作为用户显示画面格式，可通过操作员站（Station）环境或IE浏览器来显示和操控过程显示画面。系统还提供了大量的标准显示画面：菜单导航、报警汇总、事件汇总、趋势、操作组、点细目、系统状态、回路调节、诊断和维护、汇总等。

三  控制方案在EXPERION PKS系统上的实现 1  I/O点数统计         根据系统监控要求，260万t/a蜡油加氢PKS系统要检测和控制的点的数量（I/O点），为AI 447点、AO 136点、DI 96点、DO 68点、TC 144点、RTD 64点。 此外，ESD系统、MTL多路温度采集器、机泵运行状态、3500系统，分别都需要和PKS通讯，在DCS系统进行显示，共计523个通讯点。

2  硬件配置         根据I/O点数及装置的监控要求，考虑备用余量，配置了一对控制防火墙，两对冗余控制器，4个C系列I/O机柜和一个网络柜。一对冗余的服务器，一台FLEX工程师站，4台CONSOLE操作站。两台CISCO交换机和两台作为TERMINAL SERVER的MOXA SERIAL NPORT 5630-8。

3  系统组态、安装调试 3.1控制策略组态(控制器内程序)         根据前面设计部门给出的硬件配置，在机柜中确认所有的I/O卡件位置以及地址，分配好所有的I/O点通道，建立从机柜-卡件-通道的台帐，以便随时查到相关信息； 然后在Control Builder程序中，创建两对C300控制器，分别添加相应的I/O卡件 ，再将所有卡件分配到对应的控制器中；新建各种CM，然后将I/O通道块分配定位到I/O卡上；下装控制器、I/O卡、CM点，联机调试。

具体的特点: A各种控制点的控制周期选择：         DCS和PLC的一个区别是DCS控制点的运算周期是可以预先确定的，而PLC一般无法预先确定。 我们常用的周期是：模拟采集CM为1秒，数字采集CM为0.1秒，模拟控制回路CM为0.5秒，数字控制CM为0.1秒，顺序控制SCM为1秒。确定每个CM的周期可以清楚的知道每个控制策略的反应时间，既不浪费系统资源，又保证系统的处理速度。每个CM还有一个相位的问题，共有40个相位可选，这样可以确保在任何时间内的CPU负荷平衡。

B 数字控制回路DEVCTLA：

        也就是两位式的阀门控制，有两个阀门回讯DI信号，指示阀门全开、全关；一个输出控制DO信号，根据回讯信号，可以判断出阀门可能的四种状态：全开、全关、运行中、故障。 当开阀信号发出后，经过时间T1，开回讯信号没来，或者当关阀信号发出后，经过时间T2，关回讯信号没来需要报警。

C 原料油过滤器的SCM程序：         260万t/a蜡油加氢采用的是温州海米特公司的ZFG-Ⅱ型自动反冲洗过滤系统，过滤器流程见下图三。 装置设有A、B、C三个过滤容器，工艺操作时，运行方式可以选择是交替模式（两开一备）或者并联运行模式，初始状态下所有自控阀门处于关闭状态。         

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