运用DCS系统组态软件提高装置操作安全性的分析

齐文军，张栋

（乌鲁木齐石化公司 炼油厂，乌鲁木齐 830019）

0 引言

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），即为集散控制系统，它运用计算机技术、控制技术和通讯技术、图形显示技术来实现过程控制和过程管理的控制系统。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制和检测，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令[1]。DCS体现了分散控制集中管理。

乌鲁木齐石化公司炼油厂DCS系统共23套系统、种类7种，分别是霍尼韦尔的PKS系统、横河的CS3000系统、ABB的AC800M系统、FOXBORO的I/A系统、浙大中控JX-300X系统、和利时MACS系统、艾默生的PROVOX系统等。图1为典型DCS系统结构图。

石化炼油厂是一个长周期不间断的运行企业，装置的安全、平稳运行是非常重要的，操作人员需要24h连续操作，因此系统操作的安全可靠合理是保证装置安全操作的条件。本文通过介绍霍尼韦尔PKS系统组态软件实现联锁、优化操作面板、完善装置过程报警管理来阐述装置DCS操作的安全性和合理性。

1 实现联锁

加热炉是常减压装置的核心设备，同时也是装置的主要耗能设备。目前常减压装置、蜡催装置的DCS系统采用一套霍尼韦尔的PKS系统。原设计均将装置自产的初顶、常顶、减顶瓦斯直接作燃料进入本装置加热炉燃烧，未进行脱硫的瓦斯直接作为加热炉燃料气进入加热炉燃烧不符合现行的环保法规和节能要求，根据环保指标和中石油股份公司加热炉节能工作的要求，初常顶瓦斯罐分离出来的初、常顶瓦斯和减顶冷却器EC-12分离出来的减顶瓦斯经过瓦斯脱液罐，分别进压缩机K101、K102增压后送至蜡催装置的分馏塔顶油气后冷器进口或出口，进炼厂系统瓦斯线进行脱硫。为了保证瓦斯经过分液罐排除后不带液，不影响对后续瓦斯的使用，不会导致有毒气体瓦斯随着分液罐的切水排除，污染环境和保护压缩机，DCS增加压缩机K-101 K-102联锁，操作人员在流程图看到的是动态的逻辑关系，联锁投用，手动停机是可以操作的。为了安全起见，操作时弹出对话框，经过二次确认后再将结果送出。联锁图见图2。

图1 系统结构Fig.1 System structure

图2 压缩机K101联锁图Fig.2 Compressor K101 interlock fi gure

使用PKS组态实现联锁功能，可以运用control module建立，从library中的LOGIC选取所需功能块来实现图2的逻辑关系，手动停机和联锁投用使用FLAG块，在下层完成逻辑后，将下层的逻辑图绘制到流程图上，增加动态变色，当逻辑的条件LRC1022或LRC1012、机组停状态达到报警值时，显示黄色，用以提醒操作人员，当达到联锁值时，显示红色。手动停车为按钮，当操作人员需要手动停车时，按此按钮，会弹出对话框，询问是否需要此项操作，需要则按确定，不需要则按取消，确认后此功能块变红，同时图中的连接线变红，以此提醒操作人员已完成手动停机，在联锁投用的情况下，逻辑结果K101机组停机变红，机组进口阀XV1112关闭变红，初顶瓦斯速断阀HV1108打开变绿，常顶瓦斯速断阀HV1109打开变绿。联锁投用也为按钮，按此按钮，会弹出对话框，询问是投用联锁还是切除，需要则按确定，显示为联锁投用，不需要则按取消，显示为联锁切除。当条件满足时，每个连接线变红。结果部分K-101机组停机，XV1112关闭为红色，HV1108打开，HV1109打开为绿色。这样，联锁图比较清晰，操作人员不会误操作，以达到操作人员的操作可靠性。

在整个上层流程图编辑中，只用绘图工具按钮的属性进行选择、变色，这样组态简单了，但操作不方便，流程图上显示的是将来要做的动作，已经完成的动作不会显示。比如已经切除联锁，显示为联锁投用，实际已经切除联锁，这样会让人产生误解，以为现在是联锁投用。为了操作清晰可靠，采用按钮脚本，使用VB进行编程，这样每一次动作在联锁图上显示的就是实际的情况，不会引起上层和下层不一致的情况，从而提高了操作的安全可靠性。

图3 控制方案Fig.3 Control schem

图4 操作面板Fig.4 Operation panel

2 优化操作面板

常减压、蜡催装置有许多控制方案是需要操作人员在流程图上进行方案选择，这就要求组态人员在组态控制方案时考虑无扰动切换，使复杂的控制变得操作简单。因为在紧急情况下，人的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，如果控制方案的操作复杂容易出现错误。控制方案见图3[2]。

此控制方案是下层组态的变频泵控制，操作人员在流程图需要进行工频控制、变频控制的选择，同时在出现波动或异常时需要进行手动控制，这就要求组态方案是无扰动控制，无论什么状态下，输出都不能出现波动。

在组态时，运用PKS系统提供的常规控制方案，使用PID，FANOUT,和AUTOMAN功能块。操作面板使用PKS提供的各类基本操作面板，通过VB编程，重新编制，使所有的操作在一个面板完成，操作人员只需在流程图画面点击位号就调出编制的面板，进行选择，如图4中，泵控制及阀控制使用按钮进行选择。当选择阀控制时，会在面板上显示阀门自动控制的提示，说明目前操作选择阀控制，同时在MD显示CAS状态，自动将图3的LM1202与上游LIC1202串联起来，从而对调节阀LV1202进行自动调节。手动打到自动或自动打到手动都是无扰动的，操作人员无需考虑很多。合并所有的操作集中在一个操作面板进行操作，见图4[3]。

3 完善报警管理

图5 报警组Fig.5 Alarm set

DCS系统的报警分为过程数据报警和系统报警，一般系统报警是通过系统在线的诊断软件将DCS系统的硬件，网络通讯的出现问题进行报警。过程数据报警是工艺参数出现了异常，如测量值达到报警限定值，测量回路出现开路等，用于提醒操作人员，调整操作恢复到正常值。

一般在组态时，从装置工艺流程将重要的参数设置高高、高、低、低低报警，根据参数的重要性，按照级别优先权或时间顺序进行排列，在开工初期或操作调整期，大部分操作参数都设有报警值，这样在操作不稳定时，会不停地出现参数报警。目前装置都实行通岗操作，一个操作员同时监控几个岗位，在出现工艺波动混乱的情况下每一分钟只能处理一个报警，报警过多，会造成操作人员来不及查看，也容易引起忽略现象。

装置设置过程报警和系统报警的目的是确保工厂的操作高效进行,根据这个情况,在原蜡催装置PKS系统组态时，对装置进行各个工段的分类，一个工段中，将相互有关联的参数为一组，按照参数重要性分等级，根据组态取出各个功能块的报警标志，在流程图的下方或侧面，增加按钮，每个按钮定义一个报警组，如图5所示，再使用VB编程进行编程，一旦检测到有报警信息，按钮变红色，同时操作人员点击报警按钮可以进行查看。

这样进行组态，可以对报警进行有效的管理，操作人员迅速地找到报警点，有效地进行处理，大大提高了操作的安全可靠性。

4 结束语

通过利用PKS系统的组态功能及上层VB编程有效地结合进行联锁组态、操作面板的优化及报警分类管理的实现，大大提高了操作质量，避免误操作的可能性，从而达到保障安全生产及保障经济效益的目的。目前DCS系统没有ESD系统具有较强的SOE事故事件分析功能，因此运用DCS现有的功能开发，挖掘DCS资源，充分发挥DCS的作用也具有很大的意义。

[1]Honeywell公司PKS系统资料[Z].

[2]石油化工仪表自动化培训教材编写组.自动控制基础理论[M].北京:中国石化出版社,2009,07.

[3]杨忠宝,康顺哲.VB语言程序设计教程[M].北京:人民邮电出版社,2010,12.