DCS与FCS集成技术在聚丙烯厂升级改造中的方案探讨

张丽萍,王维铎

（新疆克拉玛依职业技术学院,新疆独山子聚丙烯厂,833600 ）



DCS与FCS集成技术在聚丙烯厂升级改造中的方案探讨

张丽萍,王维铎

（新疆克拉玛依职业技术学院,新疆独山子聚丙烯厂,833600 ）

摘要：本文通过访谈和实地调查，有效的分析了该市某聚丙烯厂自动化现状以及存在的问题，根据该厂的实际情况以及升级、扩建的思路，提出了一种将先进控制FCS引进的思路，并根据控制需求，给出了将FCS有效的集成在原DCS系统的集成方案；同时也给出了一种基于OPC技术的管控一体化设计方案，以便实现真正的“管控一体化”。通过与现场专家的商讨觉得具有一定的可行性。

关键词：FCS；DCS ；DCS与FCS集成技术；OPC技术；管控一体化

1　聚丙烯厂自动化控制系统的现状和存在的缺陷

该厂DCS系统是于2000年引进的浙大中控JX-300X，运行已有15年之久，控制器的功能已达到最大程度的开发，性能还算稳定。DCS主要实现包括：粗丙烯精制处理过程、聚合反应控制过程、闪蒸操作过程、成品包装过程、膜回收系统及辅助系统等信息采集、过程监控和紧急关断，保障整个生产过程安全、可靠、平稳的运行。

随着科学技术不断发展，聚丙烯的用途越来越广泛，市场需求不断增加，该厂现有的两套装置已无法满足市场需求，同时该厂也想通过扩大规模，增加收益，所以决定在原生产装置基础上进行改建和扩建。但是如果要在此套DCS上再增加一套聚丙烯生产装置控制功能，已经显得力不从心，关键是该型号的DCS厂家已经不再生产，想要通过在线升级或改造提升系统控制能力是行不通的。另外，该厂目前还存在一个问题，就是DCS系统运行这么多年，在现场控制站以及操作站都留有网络接口；厂级办公大楼目前也建立了局域网，但是管理层无法掌握和监控生产现场的实际状况，基本上靠技术员下现场或打电话进行咨询和监控，出现生产和管理层之间完全脱节。

2　改造的总体思路

2.1改造的原则

针对以上存在的问题和聚丙烯生产工艺的要求，决定对原系统内的网络进行升级，并在已有装置的附近新建聚合装置和闪蒸装置，精制装置、供热、供水系统还利用以前的装置，只是增设管线而已，从而满足该厂新增产量的需求。同时，在本项目的实施过程中，尽量不影响原生产装置的正常生产，减少损失、节约成本和投资。

2.2改造后应具备的功能

对原料输入管线进行检测，在聚丙烯粉料生产的过程中，及时的对聚合釜、闪蒸釜的釜压、温度等参数进行采集，并将其同其它现场信息通过高速信息网，送往中控制室的操作站上进行显示、监控和调度，为整个厂区生产装置的监控、管理和优化控制提供方便。

以 DCS 为基础，辅以现场总线控制系统（FF H1）的聚丙烯厂自动控制系统主要完成以下功能：

1）实现聚丙烯厂现有DCS系统与新扩建装置FCS系统之间或各个系统本身内部通信网络与控制层控制网络的集成，达到现场采集、检测、控制信息实时高效的上传下达，保证通信顺畅、控制高效的目的；

2）监控层通过操作站实时地读取现场信号，并将各个控制装置的生产状况和实时数据在操作站主控机上进行显示、报警和处理。操作站还可以通过控制网络进行远程监控和诊断，并给出控制命令，实现真正的管控一体化。

3　DCS与FCS集成方案的实现

根据该厂目前的DCS现状和FCS 的特点以及适用范围，再结合该项目扩建的实际情况和技术要求，决定采用“现场总线在DCS 系统 I/O 总线上集成”的控制方案。

该集成方案控制系统以原 DCS 系统为基础，开放式基金会现场总线（FF H1）为辅助，构成本厂的分布式控制系统网络体系，从上往下可分为 3 层。

(1）监控操作层

监控层基本上没有做多大的改变，充分利用原DCS系统的功能，智能仪表和FF总线构成的控制系统的监控信号通过总线接口卡转换成DCS的 I/O 总线可以设别和接受的信号；相当于把FCS系统信号看成是DCS的一个传统设备卡，和一般的变送器效果相同。监控操作层的操作站、服务器等构成整个控制系统的主控中心，其中服务器通过以太网与管理层的 PC相连，实现管理层对现场运行状况和数据的监控。工程师站主要用来对原 DCS系统和现场控制站软硬件组态、设备维护和过程控制参数的整定；操作员站主要用来对原装置以及新建装置生产过程的运行监视、现场实时数据采集和其它检测系统的调度功能。该层是整个集成控制系统的核心。

(2）I/O 测控层

I/O 测控层是集成控制系统信号转换中枢，主要是由DCS I/O 卡件和基金会现场总线接口卡（PCI卡）构成。两种类型的卡件可以根据实际情况任意混合使用。原聚丙烯装置上的仪表和执行机构信号通过DCS I/O 卡件接入监控层，新建装置智能仪表和执行机构通过PCI卡接入监控层，从而实现现场数据的采集和传输。这样整个厂区内所有生产装置的工艺参数，如压力、温度、流量、液位等就可以传送到监控层；相反，监控层的控制信号也可以通过DCS I/O 卡件或PCI卡传送到执行器，实现控制功能。

(3）现场层

在现场层，传统的检测仪表和执行机构，其输入、输出信号均为标准的 4～20mA信号，采用耐火电缆对数据信号进行传输；对于智能型的现场总线仪表，均采用总线方式进行连接，电缆采用屏蔽单对双绞线（即A型电缆）。现场层的这种信号线连接方式，不仅充分利用了原DCS系统的信号线、电缆以及 I/O 卡件的转化功能，也充分把基金会现场总线控制系统的“控制功能现场化”的优势得以发挥。

4　基于OPC技术的管控一体化设计方案的实现

针对本市聚丙烯厂,新扩建的聚丙烯生产装置采用的基金会现场总线控制系统（FCSFFH1）,在系统的结构和功能上相对来时比较简单，决定采取了以下方案：通过OPC服务器把原有的DCS设备和新增的FCS连接在一起(见图1-2),可以实时上传和监控FCS和DCS中的设备参数或数据信息,更好地实现系统开放性。

这样对于上层管理人员，可以通过工作站（带OPC服务器）随时调取生产现场的实时数据、历史表报或者销售情况等所需信息，也可以随时打印各种报表，以便更好的实施调度，优化控制，把握市场，做出正确的决策。

此设计方案也可以作为本厂以后远程监控系统的基本网络框架，其中带OPC服务器的应用工作站是核心。在这个网络体系中，OPC 服务器内装有大量的数据库信息，它可以看作是控制网络运行数据库的一个接口，也可以看作是现场层控制网络和监控管理层之间的一个网关，为运行于其上的应用系统(或程序)提供实时访问运行数据库的功能。此种机构的优点体现在：第一，通过 OPC 服务器有效的将企业决策层的局域网与中控室的控制网络集成在一起，使决策层的管理人员或用户可以及时、有效、方便的访问运行数据库内的所有所有数据和信息；第二，正因为应用工作站这样的一个“网关”存在，对工厂局域网与控制网络有效的进行了隔离，以免局域网上可能存在的病毒侵入到控制网络，既安全又高效。但是，此种结构对OPC服务器的性能和配置要求比较高，并且在OPC服务器上必须安装两块网卡，一块负责管理层局域网的通信，一块负责控制网络的通信。

5　结论和建议

1)将FCS集成在原DCS上，极大地减少了扩建中人力、物力的投入；同时该方案中的PCI卡、DCS 控制器均有冗余功能及端口预留，如果以后还有需要接入的设备或仪表，只需直接接入，在工程师站进行相应的参数及功能设置就可以了。

2)真正实现了“管控一体化”。“基于OPC技术的管控一体化设计方案”能有效的解决该厂目前存在的管理层与生产层的脱节，可以有效的利用网络系统实施生产的监控、调度、优化配置，也减少了人员成本。

3)FCS毕竟是一种先进的控制技术，所以在实施的过程中可能会存在信号的匹配、集成和转换的问题，一次投入要大些。

参考文献

[1] 聚丙烯装置操作规程，2006.8

[2] 高枫，聚丙烯生产过程计算机监控系统的集成与开发[D] .浙江大学.2006.

[3] 张靖宇， 基于DCS与现场总线集成的管控一体化系统的设计与实现[D] .山东大学.2007:8-20.

[4] 马增良、兰斌，OPC数据访问服务器实现机制研究[J] .计算机工程与应 用,2003.39(21):65一67.

Discussion on the scheme of DCS and FCS integration technology in the upgrading and reconstruction of polypropylene plant

Zhang Liping,Wang Weiduo
(Xinjiang Karamay Vocational and Technical College Xinjiang Dushanzi 833600 polypropylene plant)

Abstract：Through interviews and field surveys,effective analysis of the current situation of the city in a polypropylene plant automation and problems,according to the actual situation of the plant and the upgrade and expansion of the idea,we proposed the introduction of advanced control FCS ideas,and according to the control demand,given the FCS effectively integrated in the original DCS system integration solutions; also given based on OPC technology integrated management and control design,in order to achieve true "integrated management and control." Through discussions with experts in the field feel is feasible.

Keywords：FCS；DCS ；DCS and FCS integration technology；OPC technology；Management and Control Integration

作者简介

张丽萍（1980—），女，汉，陕西渭南，学士，中级讲师，从事生产过程自动化、通讯方面研究。