横河DCS系统与APC接口的实现方法

肖健

摘 要 近年来国内外石油化工行业以增加产品收率、降低原料和动力消耗，保证生产装置的优化和安全平稳运行，提高经济效益为目标，对装置配套先进控制系统（APC），给生产装置带来显著的经济效益。文章通过先进控制技术软件和DCS控制系统连接接口的原理和实现方法的研究，并以大庆石化分公司全密度装置采用的横河公司CS3000控制系统和美国Univation公司的先进控制软件接口连接为实例，介绍先进控制软件与DCS系统接口的原理及实现方法。

关键词 先进控制系统（APC）；DCS系统；接口；实现方法

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0052-01

国内的全密度装置很多都采用Univation公司的UNIPOL PE技术，包括引进相应的先进过程控制（APC）系统。中国石油大庆石化分公司全密度装APC是目前国内正在投用的最先进、最新型的系统。通过实施先进控制，可以改善过程动态，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而使生产装置在接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量、提高目标产品收率等目的。但是我们面临的同一个问题就是APC和DCS这两个系统是如何衔接的。虽然各个厂家DCS系统和先进控制软件不尽相同，但两者接口的实现方法却是大同小异。

1 APC系统结构

采用OPC服务器完成APC与DCS的数据交换，即在Univation公司的APC服务器上安装MatriconOPC服务软件的Client端，在横河公司CS3000系统的OPC服务器上安装MatriconOPC服务软件的Server端，通过OPC协议实现APC与DCS的数据交换。实时运行时启动OPC服务进程，APC软件通过自带的OPC客户模块与DCS网络上的OPC服务器相连，通过OPC服务器读取最新的实时测量数据，并将输出数据送给OPC服务器，再由OPC服务器将数据实时地传送上相应的控制模块。采用OPC通讯方式最大优点是安全可靠，不需要修改DCS的原有组态。

2 具体实施步骤

下面以全密度装置的一个控制回路FIC4001-1为例，具体说明APC与DCS之间的接口是如何实现的。

2.1 基础工作

首先在横河CS3000系统中建立PID模块FIC4001-1并下装主程序，使操作工能够对该回路进行手动/自动操作。根据上文所述APC服务器可以通过OPC服务器和横河底层数据库相连，这样APC服务器就可以读取到DCS数据库中的任何数据。然后在DCS系统中建立一个寄存器模块（BUF），该寄存器模块可以记录16个单独的数据，将APC需要的FIC4001-1的相关参数如当前值（PV），设定值（SV），输出值（MV）等寄存在当中，供APC读取使用。

2.2 原理及实现方法

1）APC控制的建立及脱离的过程。在APC没有投用的时候，PID控制模块FIC4001-1可以由操作工进行常规的手自动切换及SV及MV的设定。APC投用的先决条件是FIC4001-1能够投自动，即控制模式处在AUT位置。这个模式可以通过表1中的变量传递给APC。操作工通过操作面板发送给APC请求信号（REQUEST），APC如果各方面条件都具备将会返给DCS一个“握手”信号（ACCEPT），DCS接到这个信号后，将会把控制模式切换到APC远程串级模式（RCAS），这样整个PID回路就处于APC软件的控制之下了，当操作工不需要APC控制时，通过操作面板将PID回路的控制模式改为自动模式，这时APC将会向DCS发送一个脱离控制请求信号（SHED），DCS接到此信号后将脱离APC控制，PID回路又重新回到自动模式（AUT）。2）关于APC和DCS的“握手”原理。每个控制回路设计了DCS请求APC控制的信号（REQUEST）和来自APC确认的APC已经准备好的信号（ACCEPT）。控制回路将有一个可以接受的时间延迟，也就是要等待APC的ACCEPT信号的到来，通常是通过增加一个延时模块来实现，作为DCS和APC握手的时间通常以秒为单位，这个值应该根据现场实际情况而定，一般设定为30秒左右。还有一点值得注意的是，“握手”成功的先决条件是控制回路处在自动模式（AUT），并且“握手”成功后要在操作面板上进行指示，失败时也要有报警。3）关于APC脱离控制信号（SHED）。当现场发生输入输出开路或控制模式改变或网络通讯故障等APC认为不能进行投用的情况时，APC将请求脱离控制信号（SHED）发给DCS，DCS接到该信号后，将在那一时刻改变FIC4001-1的控制模式为自动（AUT）。并将在DCS上发出一个报警音提醒操作工注意。4）关于APC“看门狗”变量（WD）。变量（WD）即Watch Dog的缩写，其作用及控制基理如下，当APC在投用时，APC将发送一个以秒为单位的脉冲信号（WD）到DCS，此脉冲信号的脉宽为5秒，也就是说每隔5秒在0-1之间周期性跳变。DCS将监视脉冲信号（WD）的变化。如果APC在投用时，这个脉冲周期性跳变，也就是说每隔5秒跳变一次，那么我们认为APC的控制是正常和有效的，当这一脉冲信号消失时，也就是说这个WD信号再不改变了处于常0或者常1，那么我们就认为APC的通讯发生了故障，这时在DCS上将会产生一个WD故障的报警。5）在DCS中的实现。其中，FIC4001-1BUF是数据寄存器模块；FIC4001-1M是FIC4001-1的模式记录模块，它将FIC4001-1的模式记录并通过OPC服务器传给APC；LC40011是一个逻辑块用于实现APC与DCS间的握手逻辑及脱离逻辑和相关的报警信号；RL40011是一个比较模块用于判断APC的SHED和WD信号是否产生。

3 结束语

以上是一个实例，其它回路实现APC与DCS接口的方法是相同的，在这里不再一一赘述，通过生产实践证明，该方法的实施使APC投用高效稳定，保证了生产装置的优化和安全平稳运行，提高了产品的产率，给生产装置带来显著的经济效益。

参考文献

[1]孙优贤，邵惠鹤.工业过程控制技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]王树青.先进控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3]先进控制软件使用手册（英文版）[M].美国Univation公司，2011.endprint