★于楓，李馨，劉大江，王彪（中國石油大連石化公司，遼寧大連116033）

摘要：連續重整裝置DCS控制系統采用的是Honeywell公司的TPS控制系統，已經(jīng)連續使用20余年。監控設備的軟件版本較低，硬件設備備件購買(mǎi)困難，設備進(jìn)入故障高發(fā)期，尤其是GUS操作站及LUN/UCN網(wǎng)絡(luò )頻繁故障。為了保證裝置平穩安全的運行，對TPS控制系統進(jìn)行升級，升級方案是在原有TPS系統基礎上，更新過(guò)時(shí)的、老化的、故障多發(fā)的設備和軟件，保留生命周期長(cháng)、穩定性高的PMIO設備及I/O卡件，將原有的LCN/UCN網(wǎng)絡(luò )替換成PKS系統容錯以太網(wǎng)FTE結構網(wǎng)絡(luò )。在升級過(guò)程中標準化組態(tài)方案，對其它控制系統升級具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：TPS系統；PKS系統；標準化組態(tài)

1 引言

公司連續重整裝置采用的控制系統是Honeywell公司TPS系統，已投用20余年，由于系統頻繁報警，裝置安全生產(chǎn)存在一定隱患，經(jīng)過(guò)公司討論確定在停檢期間進(jìn)行系統升級改造。

2 TPS系統升級改造的必要性

連續重整GUS操作站采用WindowsNT4.0操作系統，現已出現性能下降及故障頻發(fā)現象，給正常的安全操作帶來(lái)影響。特別是隨著(zhù)計算機技術(shù)地不斷更新和發(fā)展，現在主流的計算機設備已經(jīng)不能兼容現場(chǎng)DCS系統軟件，一旦現場(chǎng)GUS設備出現故障，將面臨無(wú)可替換的備品備件，嚴重時(shí)無(wú)法短期內恢復系統，市場(chǎng)上已經(jīng)無(wú)法采購到支持該操作系統的計算機，將給生產(chǎn)帶來(lái)相當大的損失風(fēng)險。將操作站升級成Windows10系統，方便日常維護及備件儲存。

為了降低維護成本，隨著(zhù)Honeywell公司技術(shù)更新和設備的改進(jìn)，越來(lái)越多的通用IT設備被應用到DCS系統中，如PKS系統中將完全取消TPS系統中NIM、HM、GUS等專(zhuān)用設備，使用通用的計算機設備替代，使用以太網(wǎng)技術(shù)替代了LCN、UCN網(wǎng)絡(luò )，相反原有的專(zhuān)用設備由于應用減少，市場(chǎng)成本增加，價(jià)格不斷上漲，購置備品備件的壓力越來(lái)越大。通過(guò)升級將使用Honeywell認證的服務(wù)器、工作站、以太網(wǎng)設備替代TPS系統中的GUS操作站、NIM節點(diǎn)、HM節點(diǎn)和LCN、UCN網(wǎng)絡(luò )，消除各設備多年使用累積的故障隱患，使升級后的系統開(kāi)始一個(gè)新的穩定運行周期。

用PKS系統C300控制器替代原TPS系統的HPM控制器，新的C300控制器比HPM控制器有更強大的處理能力、更多的控制算法，兼容更多的現場(chǎng)設備。C300控制器替代HPM控制器將保留使用原HPM控制器的I/O卡，不改變I/O通道分配，無(wú)需工程組態(tài)、沒(méi)有I/O拆接線(xiàn)工作，工期短，無(wú)風(fēng)險。

隨著(zhù)企業(yè)信息化管理水平的不斷提高，對DCS系統中過(guò)程數據將會(huì )有進(jìn)一步的需求，可能被實(shí)時(shí)地應用到生產(chǎn)管理、設備監控、質(zhì)量分析、優(yōu)化控制等方面，TPS系統因為是上世紀80年代的技術(shù)，系統的開(kāi)放性和信息的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應用能力無(wú)法滿(mǎn)足現代技術(shù)的需求，成為企業(yè)提高生產(chǎn)過(guò)程信息應用的障礙。通過(guò)升級，能夠獲得PKS系統的新功能、新技術(shù)。分享新一代PKS控制系統的技術(shù)成果，新的PKS控制系統性能更加穩定、使用方便、維護簡(jiǎn)單、備品備件易于采購。

3 系統升級方案

3.1 TPS系統配置圖及升級后PKS系統配置圖對比（如圖1、2所示）

圖1 TPS系統配置圖

圖2 升級后PKS系統配置圖

3.2 TPS系統升級方案

3.2.1 系統軟件升級

將TPS控制系統軟件升級為Honeywell Experion PKS控制系統軟件，軟件版本為最新版本R511，功能更完善，穩定性更好，PKS的軟件授權與原系統授權保持一致。

軟件內容包含3000點(diǎn)過(guò)程組態(tài)軟件授權、1000點(diǎn)SCADA授權、服務(wù)器數據庫軟授權、Modbus接口授權、OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器連接授權、Excel數據交換、報表使用、組態(tài)工具：Control Builder（C200/C300/ACE控制策略組態(tài)軟件）、Quick Builder（操作站，操作員、SCADA通訊組態(tài)軟件）、HMIWEB Display Builder（流程畫(huà)面、顯示畫(huà)面組態(tài)軟件）。

通過(guò)這些軟件，能夠很方便地進(jìn)行控制策略的生成和操作畫(huà)面的制作。系統基本軟件安裝在服務(wù)器上，實(shí)現系統的全部基礎功能，包括實(shí)施數據庫采集、處理和歷史存儲，同時(shí)進(jìn)行報警管理、網(wǎng)絡(luò )管理等。

原有的HPM的控制組態(tài)通過(guò)升級工具軟件轉換成C300的控制程序，保證原有控制策略移植到PKS系統的C300控制器中，提高了升級過(guò)程的安全性，減少了組態(tài)工作量，縮短了工程工期。

3.2.2操作員站及工程師站硬件升級

（1）PKS服務(wù)器

新增2臺冗余的PKS服務(wù)器，取消原有工程師站和App節點(diǎn)，作為OPC服務(wù)器與MES系統通訊。

硬件采用DELL T340的高性能服務(wù)器，操作系統采用經(jīng)Honeywell公司的測試認證的Windows Server2016（64位），確保系統的兼容性與可靠性。

（2）操作站

原4臺GUS操作站升級為4臺雙屏PKS操作站。操作臺利舊，現場(chǎng)機柜間增加4個(gè)雙屏支架。

硬件采用DELL T5820XL工作站，采用雙屏22"LED液晶顯示器，操作系統采用經(jīng)Honeywell公司的測試認證的Windows10，確保系統的兼容性與可靠性。

（3）防病毒服務(wù)器

現場(chǎng)機柜間的工程師室新增1臺防病毒服務(wù)器。

硬件采用DELLT340的標準服務(wù)器，操作系統采用經(jīng)Honeywell公司的測試認證的Windows Server2016（64位），確保系統的兼容性與可靠性。

3.2.3 系統下位控制器部分的升級及改造

3對冗余的HPM控制器升級為2對冗余的C300控制器。

原有TPS系統HPM09/10與HPM11/12整合升級為1對C300控制器，HPM13/14單獨升級為1對C300控制器，HPM機柜內空閑的機籠位置安裝C300控制器及控制防火墻。升級后，原HPM機柜及I/O卡件保持兼容，繼續使用，C300控制器通過(guò)I/OLink電纜和原HPM控制器對應的I/O卡件箱連接通訊。原系統I/O卡件和輔助機柜保留使用，升級過(guò)程無(wú)需重新接線(xiàn)，沒(méi)有外圍輔助工程的設計、施工和工程投資。

不兼容卡件升級方案如下：

Pulse Input卡件，C300控制器不支持PMI/OPulse Input卡件，所以把Pulse Input信號通過(guò)安全柵轉換成4～20mA信號，這些信號直接接到原有AI卡件的備用通道。

PMIO IOP卡件，原有HLAI和LLMUX IOP的芯片固件未達到C300控制器支持的最低標準，因此采用對芯片進(jìn)行升級，能夠最大限度地降低施工量，輸入輸出卡件及現場(chǎng)、盤(pán)間接線(xiàn)保持不變，極大地降低項目的風(fēng)險及節省了資金成體，縮短了項目工期。

3.2.4 控制系統網(wǎng)絡(luò )升級

PKS系統網(wǎng)絡(luò )使用Honeywell的容錯以太網(wǎng)FTE結構，以代替原有的LCN/UCN網(wǎng)絡(luò )。

改造現場(chǎng)機柜間1面LCN柜為網(wǎng)絡(luò )柜，放置新增的1對交換機，光纖盒，以及Terminal Server。

中央控制室新增一面網(wǎng)絡(luò )柜，放置新增的1對交換機、光纖盒。

配置交換機4臺，連接服務(wù)器、C300控制器及操作員站構成FTE結構。交換機之間的光纜利舊，增加以太網(wǎng)線(xiàn)滿(mǎn)足實(shí)際需要。

3.2.5  第三方接口添加

新增OPC Data Server接口，對外發(fā)送PKS系統過(guò)程數據，與MES系統通訊，為工廠(chǎng)數據集成提供服務(wù)。

配置2臺終端服務(wù)器及Modbus接口軟件授權，與ESD系統進(jìn)行冗余通訊。

4 升級過(guò)程功能完善及標準化組態(tài)

（1）控制器負荷畫(huà)面進(jìn)行顯示并做歷史曲線(xiàn)；流程圖增加一副控制系統硬件狀態(tài)圖，如每個(gè)控制器、每個(gè)電源、每個(gè)卡件、操作站、服務(wù)器等，方便維護人員系統巡檢。如圖3所示。

（2）做自控率統計畫(huà)面，自動(dòng)計算自控率，串級、比例、復雜回路等均考慮為一個(gè)回路；每個(gè)回路可以增加備用/投入開(kāi)關(guān)，真實(shí)反映裝置自動(dòng)率實(shí)際狀況。如圖4所示。

圖3 系統負荷及硬件狀態(tài)圖

圖4 自控率回路統計圖

（3）自動(dòng)生成工藝報表，分為班報、天報、周報、月報，自動(dòng)匯總工藝操作記錄及報警相關(guān)記錄。如圖5所示。

圖5 自動(dòng)生成工藝報表

（4）報警分類(lèi)：根據工藝點(diǎn)的重要程度分一、二、三級，一級報警為紅色，二級報警為橙色，三級報警為黃色；取消原有儀表設定的高報、低報與高高報、低低報二級報警顏色警示方式。如圖6所示。

圖6 三級報警圖例

（5）控制回路關(guān)鍵PID與常規PID面板不同，關(guān)鍵PID面板有黃色背景，提醒操作人員小心謹慎；面板增加二次確認，SP值超工藝卡片值時(shí)，需要彈出確認窗口，確認后直接輸入鍵入的值，但上下箭頭及上上下下箭頭無(wú)需二次確認。如圖7所示。

圖7 關(guān)鍵PID與常規PID面板圖例

（6）取消原有高、高高、低、低低值啟停泵/閥的控制，而采用比較方式，比較的值可以在線(xiàn)修改。如圖8所示。

圖8 比較方式啟停泵圖例

（7）Station畫(huà)面增加簡(jiǎn)易聯(lián)鎖邏輯圖，PKS聯(lián)鎖輸入點(diǎn)每種類(lèi)型做投切按鈕，方便工藝人員緊急情況摘除聯(lián)鎖及儀表故障處理。如圖9所示。

圖9 簡(jiǎn)易聯(lián)鎖邏輯及投切聯(lián)鎖按鈕圖

5 升級中發(fā)現的問(wèn)題及解決方案

5.1 網(wǎng)絡(luò )故障

問(wèn)題：裝置開(kāi)工過(guò)程系統FTE網(wǎng)絡(luò )頻繁故障報警，系統多次單網(wǎng)運行。

原因分析：經(jīng)排查FTEB網(wǎng)存在數據包丟失現象，從而造成網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)系統報警，進(jìn)一步確認發(fā)現管控中心到連續重整間距有2000多米，而利舊原有多模光纜已使用年數太久，存在衰減現象，B光纜跳線(xiàn)直接接到交換機多模SFP模塊上讀取不到數據。

解決方法：將B光纜跳線(xiàn)經(jīng)過(guò)光端機轉換放大光信號，最終通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接到交換機網(wǎng)口上，最終解決方案是重新施放1根單模光纜徹底解決光纜引起的報警現象。

5.2 回路故障

問(wèn)題：多個(gè)復雜回路投不上自動(dòng)。原因分析：?jiǎn)位芈房刂片F場(chǎng)無(wú)問(wèn)題，因此確認是組態(tài)存在問(wèn)題，經(jīng)排查發(fā)現故障回路都存在FANOUT模塊，確認功能塊參數組態(tài)存在錯誤。

解決方案：通過(guò)幫助文件查出FANOUT模塊成比例輸出數據，組態(tài)方式與下方鏈接點(diǎn)量程有關(guān)系，按照對應關(guān)系逐個(gè)改變參數后投用正常。

6 結束語(yǔ)

本次系統升級投用超過(guò)1年，未出現任何系統軟硬件報警，從根源上消除了原有系統隱患，降低了維護成本，減少了儀表工作量，優(yōu)化地操作畫(huà)面更是贏(yíng)得了生產(chǎn)車(chē)間一致好評。這次改造，從根本上解決了TPS系統對裝置長(cháng)期安全生產(chǎn)運行存在的風(fēng)險隱患，對裝置平穩運行給予了有力保障。標準化施工方法也可以為其它控制系統的升級起到借鑒作用。

作者簡(jiǎn)介:

于楓 （1977-），男，遼寧大連人，工程師，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為儀表及控制系統。

李馨 （1989-），女，山東蓬萊人，工程師，碩士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為化學(xué)工程工藝及儀表自動(dòng)化。

劉大江 （1989-），男，遼寧大連人，工程師，學(xué)士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為自動(dòng)化。

王彪 （1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，高級工程師，碩士，現就職于中國石油大連石化公司，研究方向為控制工程。

參考文獻：

[1]劉建宇,劉永恒,王勇.針對TPS系統GUS操作站升級問(wèn)題的探討[J].

[2]Honeywell(中國)自動(dòng)化學(xué)院.ExperionPKSR5XX系統組態(tài)實(shí)驗手冊[Z].

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年9月刊