霍尼韦尔的Experion PKS在中控的应用及改造

马兆锋，孔维华，刘乐利，刘望军

（兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州 277527）

1 项目概况

我公司所用多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术属于国家 “十五”期间 “863”课题，是由兖矿集团和华东理工大学联合开发的，具有我国自主知识产权的第一套千吨级气化装置。该气化炉的比氧耗、比煤耗、合成气有效气体成分、碳转化率、灰渣可燃物含量均优于国外引进的先进技术。可以说，该气化技术是世界上最先进的气流床煤气化技术之一。

该项目自动控制部分由Honeywell公司的Experion PKS系统和GE公司的GMR紧急停车系统组成，其中，GMR系统主要负责气化炉的开停车逻辑管理；PKS系统负责其余的煤浆气化，气体洗涤，渣水处理，气体净化，甲醇合成等工艺生产的自动控制。中央控制室Honeywell PKS系统的控制器为C200（3对），软件版本为Expression R500。现场两大生产系统的仪控测点及回路通过端子接入I／O卡件，由总线接入控制器，再由控制器与上位机进行通讯。

2 Experion PKS系统运行状况

通过3a的运行分析，以及对气化、甲醇两个生产系统的掌握，在对中央控制室DCS实际运行情况进行统计以后，我们发现DCS平均运行周期为64d，不能满足生产系统的实际需求。通过前期设计施工与开车以来的技改技措与维护工作，和在DCS控制工程方面磨练出了熟练的技术和丰富的经验，决定对中央控制室DCS进行技术改造，以延长其运行周期。

3 缺陷原因分析

中央控制室由仪表车间仪控五班负责维护，班组人员均经过相应的上岗培训，基本能胜任工作，不存在操作人员能力不足的缺陷，而且要求认真巡检。按照班组详细的巡检量化指标，已制定的文件有 《计算机维修规范》、《DCS组态修改规程》、《DCS应急预案》等，并在实际工作中逐项进行了落实，所以不存在人为的因素。巡检过程中，根据 《DCS控制室运行及维护规范》，控制室内温度为（20±5）℃，湿度为（40± 5）%；符合工作要求。根据工业过程测量和控制装置的电磁兼容系列规范（GB／T 13926.1—92、GB／T 13926.2—92、GB／T 13926.3—92、GB／T 13926.4—92）以及抗干扰标准（IEC61000－4－2、IEC61000－4－3、IEC61000－4－4、IEC61000－4－5），结合中央控制室的实际情况，小组成员主要从静电放电测试、电快速瞬变测试、浪涌敏感度测试三个方面开展了验证活动。机柜由自控产品厂家提供，采用钢结构外壳并喷漆，出厂前经过了严格的电磁性能测试，符合EMC、EMI等行业标准。控制室铺设防静电地板，对其他可能的干扰源进行了隔离，机柜附近不存在电磁干扰。根据SH／T3081－2003《石油化工仪表接地设计规范》对控制室接地情况进行测试，接地电阻≤5Ω，接地符合要求，工作环境也符合要求。最后，我们咨询了上海霍尼韦尔厂家，他们对我们的系统进行了分析，一是中央控制室采用了Honeywell PKS系统的控制器——C200（3对），软件版本为Expression R500，虽然R500已十分成熟，但是运行过程中我们发现其在很多自动化控制方面的缺陷，在自整定、自控性、容错性上都存在缺陷，控制器软件相对Expression PKS R201版本低——利用大修时间进行系统软件版本升级。二是两大系统混用控制器，要求气化炉A／B、甲醇净化／合成各由一对控制器控制，气化、甲醇各设一对独立的服务器以互不影响。三是操作站通讯网络无容错能力，建议增加一块INTEL PRO千兆网卡，完善通讯网络拓扑结构，形成双冗余网络。

因操作员站仅通过一条网线与服务器进行通讯，直接导致了操作员站读取实时数据失败，类似事件发生过多次，严重影响了对生产系统的实时控制。故障事件列举如表1。

表1 网络故障表

4 方案实施

措施1 控制器软件版本升级

（1）原有系统数据备份；

（2）检查并测试当前版本R500的各种功能；

（3）安装自控商提供的升级程序；

（4）确认系统软件版本已升级为R201；

（5）测试各项功能，版本升级完成。

控制器软件版本升级后，其功能如表2所示。

表2 升级前后系统功能

措施2 控制器、服务器分离（表3）。

表3 控制器、服务器分离实施步骤

控制器、服务器分离后，其效果见表4。

措施3 完善通讯网络结构

实施步骤 服务器1、操作站增加一块INTEL PRO千兆网卡，同时增加一个集线器，并编写脚本实现网络自动切换。实施前后服务器的照片如图1，通讯网络的对比见图2。

实施后，小组成员进行了效果检查，见表5。而DCS长周期运行的平均天数达到了189d（实施后的6个月时间内）。

表4 控制器、服务器分离前后效果简况

图1 网卡安装前后的对比

图2 通讯网络的对比示意图

表5 通讯网络完善前后网络情况

5 结 语

中央控制室采用的Honeywell PKS系统，可实现高速缓存区的实时动态数据存取、报警／事件管理、报表报告生成等功能。控制组态软件Control Builder为生成控制策略提供全套控制算法库。流程图组态软件Display Builder用于创建基于HTML格式的操作员图形界面。知识库软件Knowledge Builder提供基于HTML格式的在线帮助。

混合过程控制器的主要部件是控制处理器模件（CPM），包括机架、控制网络通讯模件、控制处理器模件和可选的冗余模件等。CPM适用于广泛的工业领域，包括连续过程、批量过程、开关量运算以及机械设备控制等各类型的控制。对于要求将调节控制、快速逻辑控制、顺序控制以及批量控制诸应用一体化的集成应用，CPM是最理想的控制器。控制功能由控制算法库提供，控制算法库由称为功能（FunctionBlocks）的大量运算模板构成。先进的图形化的控制组态工具Control Builder，使得控制策略的生成和组态极其方便。Control Builder不仅应用于组态控制策略，还可以将组态好的控制策略下装至控制器以及进行在线监控和在线修改。

混合过程控制器支持控制网络ControlNet的互操作性，可以和llen－Bradley公司的PLC－5／C，Logix 555x，以及其他ControlNet设备经由ControlNet进行通讯。这样，完整地集成了高速逻辑控制和过程控制。

［1］林德杰.过程控制仪表及控制系统 ［M］.北京：机械工业出版社，2004.

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