充分利用DCS功能，提升预警能力

常山民，孙晓光，曾军年，邱霞，殷爱军

（新疆乌鲁木齐石化分公司 化肥厂仪表车间，乌鲁木齐 830019 ）

引言

中国石油天然气集团公司乌鲁木齐石化分公司化肥厂有4套主要生产装置，总计年产合成氨75万t、尿素130万t，为全国最大的氮肥生产基地之一；其中第一合成氨装置建成于1985年，设计能力为日产合成氨1000 t，年产合成氨30万t。装置包括空气分离（4111）、气化（4112）、碳黑回收（4113）、一氧化碳变换（4114）、酸性气体脱除（4115）、液氮洗（4116）、氨合成（4117）、氨冷冻及储存（4118）等8个主要工段。

2008～2010年，一合成装置实施了原料油改气及扩能增产50%的改造，主要包括新建20000Nm3/h的空分装置，两套气化系统（包括天然气压缩、3套气化原料气脱硫）油改气改造，新建CO变换（中、低变）、原有CO变换更换催化剂，新建MDEA脱碳，新建甲烷化，原有低温甲醇洗系统改造，改造氨合成系统（包括合成气压缩机、合成塔及换热系统）。全装置于2010年改造完成，并于2010年10月打通全流程，转入正常生产。生产能力达到日产合成氨1500 t，年产合成氨45万t。

1 背景

乌鲁木齐石化公司化肥厂一化装置采用了日本横河公司CENTUM-CS3000系统 ，该系统由两个域构成，所有操作站通过双冗余V-NET网与控制站连接，实现控制信息的读取与传递；工程师站与操作站之间通过E网连接，实现信息的传递，CS3000系统实现的功能有：通过功能模块实现工艺过程复杂控制，通过顺控表实现空分等装置的程序控置；通过MODBUS实现与ESD系统的数据通讯，系统具有事件记录功能可打印历史趋势和过程报告，分析事故事件。该系统功能强大，组态灵活，应用方便，便于控制功能的实现。

2013年3月，因为一块仪表伴热冻，从而造成仪表指示一直画直线，工艺操作时未发现该表故障，打开放空阀泄压过大，造成停车。仪表冻结造成的指示画直线属于外部原因，仪表本身和DCS系统不能检测到，所以不能产生报警提示。仪表车间计划利用”李华山工作室”的优势资源，在DCS上开发出对仪表的指示画直线进行预判，并及时发出报警信息的功能，提醒工艺操作人员及时判断、及时处理，大大减少因仪表故障而造成的停车。

2 方案

判断仪表指示是否画直线，就需要对仪表的指示进行采样，当一段时间内的采样值都一样时就认为仪表有冻凝的可能性，报警提示工艺人员。所以制定2种通过采样判断仪表画直线的方法：

方案一：CS3000有一个数值批量数据采集块BDA-L可以同时处理16个数据，在一个扫描周期内同时监视16块仪表，这样可以比较本周期内的仪表的测量值与前一次的测量值是否一致，从而做出判断该。当本周期内的仪表测量值等于前一周期的测量值时，立刻发出最新的报警信息，及时提醒工艺人员确认仪表的指示，并作出相应的判断。

具体实施方法是，由工艺技术员提供各工段的仪表位号，仪表按照DCS的控制站分类进行实施。下面以控制站FCS0103为例说明：

需要监控的位号：4113-PIA-3 /4113-PIA-4/4113-LIA-8/4114-TIA-15/ 4114-LIA-3/ 4113-FIA-6 /4114-LIA-2 7块仪表。首先在FCS0103控制站组态图DR0046，增加数值批量数据采集块BDA-L、13BDA001及13BDA002、13RL010、联锁块13LC001。其中13BDA001及13BDA002均为数值批量数据采集块可以同时监控16通道，见图1。

图1 批量数据采集块组态画面Fig.1 Bulk data collection configuration screen

13RL010是RL功能块，是将为了13BDA001的J01~J16通道数据和13BDA002的J01~J16通道数据做比较用,见图2、图3。

图2 比较块组态画面Fig.2 Compares configuration screen

图3 比较快调整画面Fig.3 Adjusting the picture

13LC001是LC64功能块，用来实现数据按周期采样和比较后产生报警逻辑。假如当13RL010功能块中9个通道成立，即13BDA001通道1的数值等于13BDA002通道1的数值时13LC001就发出一条报警信息AN001表示4113-PIA-3数据没有变化。其他报警信息类推即可见图4。当该功能块中有任何一个条件成立时，均可发出相应的报警信息。

图4 LC64逻辑图组态画面Fig.4 LC64 logic configuration screen

方案二：CS3000系统的SFC功能块是在CPU空闲时间运行的，不影响控制系统的负荷。并且它是利用SEBOL语言编辑的，类似于C语言，有很大的灵活性，利用它可以编制自己需要的功能。本文利用SFC块编辑一个功能，对需要的仪表每隔一段时间采集一个数据（RAW值），共采集3个，然后用当前值分别去与前面的值比较，当偏差的绝对值都小于某个值时，认为此表冻结，出报警信息。程序分为三部分，第一部分是初始化，分配和定义参数，第二部分是数据采集，根据定义的时间间隔采集数据，第三部分是数据的运算，将当前仪表指示与前面的采样值进行相减，当其中有一个相减的值大于偏差设定值就认为此表没有冻结，反之就会触发报警块产生报警，采样间隔和偏差值都可以自由设定。

图5 SFC块调整画面Fig.5 SFC block adjustment screen

图6 SFC块逻辑画面Fig.6 SFC logic pictures

3 方案比较及实施

将上述2个方案对比会发现方案二优于方案一，首先方案二是利用采样3个值和当前值共4个值的指示来判断仪表的画直线，而方案一只是利用2次采样值比较来判断，容易出现误判的现象；第二方案的采样块及逻辑块都需要占用CS3000系统的负荷，而方案二的SFC块是在系统空闲时间运行的，完全不影响系统的负荷；第三采样块采集数据时保留的小数位很多并且无法设置，所以在逻辑块中比较时相等条件基本达不到，就不能及时仪表画直线发现问题报警。

按照方案二目前一合成已有41块仪表完成变化率的报警的监控。当仪表指示不变化时立刻发出报警信息，及时提醒工艺操作人员，作出相应的判断，有力的减少因仪表故障停车的事故，同时减轻工艺监屏。

图7 SFC块组态画面Fig.7 SFC configuration screen

图8 报警流程图画面Fig.8 Flow chart of warning screen

4 总结

横河公司的CENTUM—CS3000系统.一直都平稳可靠，而且它的功能强大、应用范围广、用户操作界面友好，深受工艺操作人员及仪表维护人员的好评，是乌鲁木齐公司化肥厂的主流 DCS系统。因此如何合理使用CENTUM—CS3000系统对系统进行有效组态，是保障故障率和误操作减少的重要途径。另外此项目不需现场及中控增加任何费用、充分利用CS3000的功能，就完全能实现画直线仪表实时、在线的监控报警，保障了装置的平稳运行。

[1]CS3000系统参考手册[Z].