DCS与SIS系统异构的几点新异

引言

在自动化日益发展的今天，安全生产对炼油、化工、热电等行业是重中之重，当然安全性高离不开完整优化的控制系统，也就是我说的SIS和DCS系统，设计之关键，不过在实际应用中想必大家都总结了好的建议和创新，目的就是一个，提高安全性，减少资源浪费，对一个企业来说很重要。现在控制系统功能越来越强大功能也更齐全，不但能连接多类现场仪表和设备，而且能实现很多通讯功能，RS232、RS485、OPC、Modbus、以太网等等。越来越多的应用于化工炼油、冶金、水电等行业。我们这里的DCS是采用日本横河控制系统Centum CS 3000[1]系统，SIS系统采用ICS Trplex公司[2]底层采用的是trusted软件，上位机是invensys wonderware[3] intouch10.1版本软件，轴系仪表是采用美国派利斯PT2060系列。

设计要求

1.1 主要技术参数

本文从设计安全及成本考虑，把机组重要连锁仪表进SIS系统，其中轴系仪表柜接受现场轴系表信号进行转换，与SIS系统进行MODBUS[4]通讯，从安全角度考虑其中参与连锁的位移振动通过硬线接入到SIS系统，再者通过SIS系统再与DCS实现部分关键点通讯。

1.2三者重要硬件配置

轴系仪表选用时美国派利斯PT2060系列，SIS系统是选用ICS TRUSTED主控T8151B控制系统硬件由英国ICS公司生产，它具有三重冗余结构（TMR）和冗错能力。此系统由三个完全相同的系统支路组成（电源模块除外，该模块为双重冗余）。每个系统支路独立地执行控制程序，并与其它两个支路并行工作。对数字输入/输出，硬件具有表决机制（OVD）。另外系统输入/输出模块还具有1毫秒事件顺序记录功能（SOE），有两台操作站、一台工程师站组成。DCS系统采用横河CS3000系列CP451主控系统，有5台操作站，一台工程师站组成。

图1：三者之间简单网络关系如下：

我们看逻辑前先来认识一下几个逻辑判断：三取二: 指三个联锁信号，正常时置1，只要有两个或两个以上联锁信号置0，联锁动作，联锁信号置0。二取二：指两个联锁信号，正常时置1，只有两个联锁信号同时置0，联锁动作，联锁信号置0。一取一: 指一个联锁信号，正常时置1，只要联锁信号置0，联锁动作，联锁信号置0。

1.3防喘振、机组连锁、调速等三方面修改改后的优点

1.3.1防喘振优缺点

图2：是防喘振控制逻辑程序图

说起反喘振我们这出现过几起事件，一是由于入口温度参与反喘控制，由于温度失灵导致喘振报警，放空阀打开，造成停工事件，教训就是在组态的时候一定要设定好合适的量程，有时候设置不当就可能造成停工，针对重要仪表而说；二是由于反喘阀信号线破皮接地导致电压不稳，结果喘振阀全开放空，导致停工；

在本套系统中，我们利用ICS防喘振扩展函数功能模块来完成压缩机的防喘振控制。下面以喘振控制为例加以说明。

建议最好选用部分自动操作方式，其优点：不仅有手动控制功能，而且进入防喘振线区具有喘振优先功能。正常调节比例度建议150，积分时间（每分钟次数）建议30。

防喘振扩展函数的各功能块作用如下：

压比（rPd_Ps）（hpsim）出口压力/入口压力；喘振监测功能块（opcalc）操作点（主要参数：入口流量，入口压力/设计，入口温度/设计）；喘振调节功能块（margin）喘振裕度（主要参数：基本裕度/总裕度，喘振标记/复位，喘振计数，喘振下移点，X轴喘振点及工作点）；喘振调节功能块（table5）形成喘振线及喘振点 （由6个点形成的喘振线及喘振点）；喘振调节功能块（tmcpid）防喘振PID控制；

在本程序中，我们使用的是压比（rPd_Ps）（hpsim）出口压力/入口压力，对流通能力Hx工作点为rAS_OP_Point_1。在完全手动状态下iAS_Mode_1为0，输出阀位由操作员在HMI“手动输出”上给出；当在自动控制状态下iAS_Mode_1为1，自动进行防喘振控制。当在部分自动状态下iAS_Mode_1为2，手动控制时，喘振控制优先，即工作点进入防喘振区域时，虽然手动输出，但优先防喘振自动控制。

1.3.2机组连锁优点

原设计气压机入口放空阀和入口阀都参与连锁，当连锁时，放空阀打开放火炬燃烧，入口阀关闭。现在改为手动控制，即减少了资源浪费，有提高了安全性。保护了机组设备。

图3：画面中改动的部分

1.3.3调速控制连锁优点

图4：是调速控制逻辑程序图

说明：1）、在程序中，用iSPEED_MODE_1来表示汽轮机在升速过程中的各个状态：2）、有些按钮操作必须登陆，否则功能失效。

3）、联锁条件正常（说明：置1正常，置0联锁动作）调速电磁阀联锁时fSPEED_OS_TRIP_1置0，iSPEED_MODE_1=0

4）、联锁时，调速调节器输出强行为0mA，只有解锁调节器才可以进行正常调节操作。

5）、pST_1563A、pST_1563B、pST_1562A、pST_1562B、pST_1562C五路转速显示选择判断，aSI_1563Am、aSI_1563Bm、aSI_1562Am、aSI_1562Bm、aSI_1562Cm转速正常取中间值，有一个故障，取最大值，此三个转速输出aSI_1562ABC，再与另外两个转速aSI_1563Am～aSI_1563Bm比较，正常情况下，取中间值，aSI_1563Am～aSI_1563Bm有一个故障，再与三个转速输出aSI_1562ABC取最大值，汽轮机总转速显示为rSPEED_SI_1。

6）、在程序中，用iSPEED_MODE_1来表示在升速过程中的各个状态：

1.4装置控制方案探讨

这里主要介绍三种方案的优点：

1.4.1重油提升管反应温度控制方案：重油提升管出口反应温度TICA-1102A与重油再生滑阀差压PDRCA-1103组成选择（低选）控制，正常情况下由反应温度控制重油再生滑阀TV-1102，当重油再生滑阀差压低于设定值时由滑阀差压控制再生滑阀，以防止油气反窜。

1.4.2再生器压力控制方案：采用再生器压力PICA-1116分程控制双动滑阀(PIK-1116A、PIK-1116B)和烟机入口高温蝶阀(PIK-1116C)，以维持再生器压力的恒定；再生器压力调节器PIK-1116C同时与烟机转速调节器(SICA-1401)组成低选控制回路（SICA-1401调节器为反作用），实现烟机超转速软限保护。

重油沉降器反应压力控制方案：有七个方面的说法

1.4.2.1、烘器阶段：通过遥控设在重油沉降器顶的放空阀HV-1101来控制沉降器压力。

1.4.2.2两器流化试验、建立汽封至拆主、副分馏塔大盲板前阶段：通过遥控设在重油沉降器顶的放空阀HV-1101来控制重油沉降器压力。

1.4.2.3拆主分馏塔大盲板后至重油提升管反应器进油前：用主分馏塔顶压力调节器PIK-1201A控制主分馏塔顶出口油气管道上的蝶阀(PV-1201A)保证反应压力平稳。

1.4.2.4反应进油后至启动富气压缩机前：采用主分馏塔顶压力调节器PIK-1201C控制压缩机入口放火炬小阀(PV-1201C),配以遥控压缩机入口放火炬大阀(HV-1503)，保证反应压力平稳。

1.4.2.5富气压缩机正常运行后:正常工况下，采用主分馏塔顶压力调节器PIK-1201D控制富气压缩机组的转速保证反应压力的平稳。此时，富气压缩机入口放火炬大、小阀均自动关闭，同时富气压缩机组反喘振调节系统控制气压机出口循环线上的反喘振调节阀以免富气压缩机组喘振。

1.4.2.6汽轮机调速器故障:若汽轮机调速器故障，则置调速器于固定位置，使机组处于恒速运行状态，采用分馏塔顶压力和富气压缩机组反喘振调节系统组成低选，控制气压机出口循环线上的反喘振调节阀FV-1501,同时投用PIK-1201C控制放火炬小阀以保证反应压力的平稳。

1.4.2.7富气压缩机入口压力自动保护控制:在富气压缩机入口独立设置一压力自动保护控制回路PIC-1503，其输出信号直接控制放火炬大阀(HV-1503)，该调节器的给定值比正常操作压力高约10-20KPa，当压缩机突然故障致使入口压力急剧增高时，该调节器自动打开放火炬大阀，保证富气压缩机入口压力和反应压力不致过高。

3)原料油预热温度（TIC1202）控制方案：预热温度对产品分布有很大影响，若需要较高的转化率，常提高原料油预热温度和反应深度，进料温度越高，反应所需的再生催化剂流量越小，反映深度和生焦量将偏低；若提高进料温度，反应温度不变，则转化率将降低。因此原料油预热温度控制是反应温度控制的重要辅助手段，以便采用主回路TIC1202，可选择控制E1215AB换热量大小，即TV1202A和TV1202B来控制温度，也选用串级调节FIC1238控制E1220AB开工加热器的蒸汽加热量大小来控制温度。用切换开关HS4切换。

图5：是CENTUM CS3000上位机软件画面图

图6：是wonderware intouch上位机软件画面图

主要创新点

从生产运行安全角度出发，本次对反喘振、调速、机组及装置连锁进行了优化，方便了操作又提高了安全性，保障了装置效益最大化，本次改造主要有几个方面，一是把气压机入口阀及放火炬阀自动连锁改为手动控制开关，既节约了油气放火炬乱烧，有保护了机组的停运国产；二是修改了风机入口温度量程，从现实运行中，出现过停机的事故；三是通讯方式有原来的OPC换成MODBUS通讯，既方便快捷又减少麻烦，本着优化操作，充分显示了自动化控制的力量。

结论

通过我们近几年的运行，对有问题的进行了优化，从本文不同角度讲解，从安全、资本角度出发，优化了逻辑连锁及通讯方式。

参考文献

[1]赵工.CENTUM CS3000系统组态手册. （横河电机（上海）有限公司培训中心）2007年10月.

[2]蒋跃.ICS Triplex公司（北京天时盈达自动化有限公司）.北京2009年11月.

[3]贾工.invensys wonderware软件介绍.

[4]华熔. Modbus串行链路机械工业出版社.2009年.

作者简介

张东民，毕业于中国石油大学（华东），化学工程与工艺专业，高级技师（国家一级职称），在自动化博览、PLC@FA杂志上发布过多篇论文，所写论文曾获全国得SCADA征文、中国石油与化学工程研究会及中国仪器仪表协会三等奖。现任江苏新海石化仪修车间副主任，从事仪表维修维护、DCS、PLC设计编程与项目建设、车间管理等。