DCS转换在聚乙烯改造项目中的应用

赵志刚

横新软件工程(无锡)有限公司 江苏无锡 214028

DCS转换在聚乙烯改造项目中的应用

赵志刚

横新软件工程(无锡)有限公司 江苏无锡 214028

结合某石化公司乙烯厂聚乙烯装置中集散控制系统(DCS)的改造，阐述了由霍尼韦尔TDC3000系统转换为横河CENTUM CS3000系统的实现过程，以及在改造转换过程中遇到的问题与解决方法。

聚乙烯； 集散控制系统； 技术改造

经过十多年的发展，某石化公司聚乙烯装置现有控制平台因老化所造成的故障发生率和维护过时设备成本越来越高，整个监控系统运行、数据存储量和处理速度已远远滞后于当前迅速发展的工业自动化水平，影响了信息化程度的提高，进而制约了企业的发展，升级改造已势在必行[1-6]。经石化公司管理层和专家组评审决定，由全厂范围内广泛使用的横河CENTUM CS3000系统替换原有的霍尼韦尔TDC3000系统，目的是实现工厂监控、操作管理和维护管理的协调统一，为全厂信息管理系统建设的顺利实施打下良好的基础。

1 工艺装置与DCS简介

1.1 聚乙烯装置概述

聚乙烯装置是以乙烯为主要原料，以聚乙烯树脂为最终产品的化工生产装置。装置属于全密封生产线[7]，共分为三个系统：前系统、后系统和包装系统。其中，前系统的催化剂工段、预聚合工段和后系统的聚合工段统称为反应系统。通过不断扩建和工艺改造，目前设计生产能力为25万t/a，设备数量已超过700台，有500多个控制阀、200多条仪表控制回路，包括溶剂回收、化学品储存、催化剂制备、活化单元、预聚合、聚合等12个生产工序，具有工艺流程长、工艺复杂、影响因素多和操作难度大等特点。主装置采用DCS进行常规控制，采用安全系统(SIS)进行安全联锁。

1.2 两大控制系统结构对比

TDC3000系统主干网络称为局部控制网络(LCN)，在LCN上可以挂接通用操作站(US)、历史模件(HM)、应用模件(AM)、存档模件(ARM)、各种过程管理站(PM、APM、HPM)、逻辑管理站及各种网关接口。系统下层网络称为通用控制网络(UCN)，在UCN上连接各种输入输出与控制管理站。

CS3000系统的主干网络为Vnet/IP，传输速率1Gbit/s，分为控制层总线1和操作层总线2，若总线1故障，总线2可分带宽执行总线1的功能。CS3000的控制器为AFV30D现场总线控制系统(FCS)，从功能上可完全替代TDC3000的PM、APM、HPM等模件。聚乙烯装置安全系统采用英维思Triconex，可以通过Modbus网络通信协议与CS3000系统完成通信。

2 系统升级改造方案、内容和方法

为减小升级改造可能带来的风险及故障发生率、缩短工程实施的时间、降低实现成本、提高工厂的可靠性，并改善生产过程的绩效及操作有效性，需要采取有效可行的升级改造方案和实现方法，同时根据有限的停机时间制定行之有效的项目执行计划。

2.1 改造方案

项目最基本的要求就是要保证CS3000新系统的功能、操作与TDC3000原系统基本一致。用户专家组经过升级改造的可行性方案研究，根据原系统和聚乙烯装置生产工艺，确定实施现场不改动仪表及接线的系统整体替换方案，即只升级和改造端子板以内的整套DCS和SIS，如图1所示。

图1 系统转换示意图

2.2 改造内容

DCS升级改造主要包含硬件和软件两部分。

(1) 硬件的升级改造。原有TDC3000系统硬件全部移除，包括操作站、控制站、系统柜、配电柜、网络柜、端子柜，以及信号和网络布线。根据现有仪表、信号、工艺操作分区，参考原有端子分配，配置CS3000相应的DCS硬件，并出具控制室布置图、系统结构图、硬件接线图及硬件设计规格书等，部分接地系统、电缆铺设及现场连接信号的方式也将进行改进[8]。根据防爆要求，除特殊几条回路外，所有回路均设有安全栅，以符合本质安全防爆的要求[9]。

(2) 软件的升级改造。包括输入输出映射、人机界面(操作画面、趋势和控制分组画面)、控制回路、顺控程序、联锁逻辑、优化计算、调整参数、软件设计规格书等。

2.3 改造方法

系统硬件部分按照控制点分布，近乎于进行全部重新组态。针对TDC3000控制系统软件部分，横河开发了专门的系统转换工具，如图2所示。现场的TDC3000项目数据库保存为与横河转换工具可连接的文本文件，如TAG.EB经过工具转换后的表单可用于生成输入输出数据库和回路，BOX.EB 可用于调整参数的转换，将经过工具转换的顺控程序文件*.CL导入CS3000相应组态器后，需要参考原*.CL文件和顺控资料，通过进一步人工介入将其转换为正确的目标程序。

图2 工具转换示意图

工艺操作流程图的转换主要使用横河开发的图形转换工具，将原*.DS图形文件通过工具转换为CS3000图形编辑器可以导入的.CS文件，具体过程如图3所示。

图3 图形转换流程图

逻辑联锁和优化计算的转换与顺控程序的转换基本类似，将经工具转换后的文本导入相应的CS3000组态编辑器后，仍需进一步参考相关资料进行校对和测试。复杂回路的转换需要参考 TAG.EB 文件和用户原有相关资料进行手动搭建并确认。

2.4 资料的收集

按照系统改造工作流程确定改造方案和方法后，收集必要的用户端资料对项目的顺利进行具有重要的辅助意义，如原厂设计管道和仪表流程图(P&ID)、用户要求说明、仪表台账、子系统接口和通信输入输出口列表、参数调整、报警信息等。如果用户方信息缺失，可参考数据库导出的文本文件或通过向用户咨询来解决小部分不能通过工具转换的具体问题。

2.5 工作计划的制定

根据项目的进度计划，包括原系统的拆除、软硬件的改造设计集成、现场装修、新系统安装、现场接收测试、开机测试等环节，从工作量和经济效益角度考虑，现场只安排停运45天。为了使系统停机时间最短，并保证与现有设备的无缝集成，制定必要的工作计划、安排适当的人力，以及与用户的紧密协作是项目成功的关键因素。

3 典型问题及分析

在程序转换过程中，由于两大系统的差异和转换工具的局限性，无法做到全部内容正确规范性的转换，现将一些较典型的问题列举如下。

(1) 转换后的程序中跳转语句(GOTO)过多，影响程序的可读性、可维护性，给测试和调试带来很多不必要的麻烦。考虑相应条件及执行先后次序，可以用相应顺序批量控制导向语句(SEBOL)或程序阶段结构(PHASE)跳转。

(2) 所有重试结构(RETRY)和继续结构(CONT)均无法通过工具进行转换，需手动添加相应对话框。

(3) 关于阀门和电机驱动，转换后可手动编辑标准驱动程序并套用。

(4) 所有信息，包括操作员提示信息、确认信息等均无具体设备位号识别，无具体操作步识别，程序运行时若发生故障，操作人员很难较快判断哪里出了问题。可以将所有消息外置，便于之后的维护和管理。

(5) 与复杂回路衔接不好，有的模块或数据项在回路中找不到。完善复杂回路后，很多操作模式需要在程序中重新协调。

(6) 数字报警不能单纯用模拟量报警来取代，需要修改。

(7) 所有功能块和数据项访问权限均未设置或需重新设置。

(8) 除主程序外，中断及背景监控程序均需作相应修改或调整。

此外，包括控制回路分程控制的分程范围未转换问题在内的内部设置均需参照TAG.EB文件进行逐一校对，联锁逻辑的转换则需参照原版设计院提供的逻辑图或用户相关资料逐一校对并更正。

4 效果分析

根据项目执行计划，在多方的共同努力和配合下顺利完成了新旧系统软硬件的改造，并进入下一步工作。按照用户的要求，改造后中控室外部操作间的系统配置结构如图4所示。

图4 中控室外部操作间系统配置图

经过一段时间的试运行和联调，改造后的系统完全符合用户的要求，恢复了原系统的所有功能，且新系统组态简单、操作方便，满足了生产装置对自动化水平的更高要求[10]。

新系统在运行响应速度、操作简便灵活程度、存储能力、安全等级和工艺改扩建裕量等方面都有了大幅提升，完全达到了用户升级改造的目的，为改善和提高企业生产效率、减少维护成本、后续共享与管理全厂信息，以及进一步全面提升公司整体的自动控制及信息管理水平打下了扎实的基础，并为类似改造积累了经验。

5 结束语

过程自动化控制系统升级改造的必要性、目标和方向是非常明确的，但升级改造的方案应根据用户的实际需要而定，本文升级改造的过程论述可为某些装置的DCS改造提供一定的参考，减小升级改造可能带来的风险，提高工厂的可靠性，以达到改善生产过程绩效的目的。

[1] 陈锦，杨轶.集散控制系统的发展趋势展望[J].化工生产与技术，2007，14(2)：44-47.

[2] 董业川.大型化工装置控制系统的升级改造与互联[J].自动化应用，2014(3)：61-63.

[3] 潘超.TPS系统升级改造方案及实施[J].中国仪器仪表，2014(1)：19-22.

[4] 彭瑜.过程自动化控制系统升级改造的目标和方法[J].中国仪器仪表，2009(增刊)：29-32，41.

[5] 李先林.浅谈化工控制系统升级改造施工[J].工业建筑，2014，44(增刊)：1045-1047.

[6] 于丽丽，龙天辉，洪海.聚丙烯装置DCS升级改造[J].设备管理与维修，2011(7)：36-37.

[7] 王保健.TDC-3000和ST-3000在聚乙烯装置中的应用[J].自动化仪表，2003，24(10)：48-50.

[8] 赵红国.聚乙烯装置改造中DCS的适时安装[J].河南化工，2002(5)：33-34.

[9] 姚明霞.高压聚乙烯装置DCS改造总体方案及特殊问题考虑[J].石油化工自动化，1999(2)：53-56.

[10] 王永帮，李刚，白瑞.CENTUM CS 3000在聚乙烯中试装置的应用[J].自动化应用，2013(3)：3-4，7.

Combined with the reconstruction of the DCS of a polyethylene device in the ethylene plant of a petrochemical company， elaborated the implementation procedures from Honeywell TDC3000 system into Yokogawa CENTUM CS3000 system， as well as encountered problems and solutions in the reconstruction and conversion process.

Polyethylene； DCS； Technical Renovation

2016年5月

赵志刚(1972— )，男，硕士，高级工程师，主要从事DCS控制工程软件的设计、组态、测试等工作， E-mail：zhig_zhao@126.com

TQ056

B

1674-540X(2016)04-055-04