1．前言

    石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著(zhù)石油加工技術(shù)的飛速發(fā)展，千萬(wàn)噸級的煉油企業(yè)如雨后春筍般崛起。生產(chǎn)規模的迅速擴張對企業(yè)的自動(dòng)控制水平和方式提出了更高的要求，集散控制系統(DCS)作為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的核心控制部分也得到了廣泛的應用。

    TPS(Total Plant Solution)系統是Honeywell公司開(kāi)發(fā)的全廠(chǎng)一體化的過(guò)程控制系統，它集先進(jìn)過(guò)程控制﹑優(yōu)化﹑全廠(chǎng)歷史數據和信息管理功能于一體，使這些功能成為自動(dòng)化系統的有機組成部分，從而形成了功能強大﹑配置靈活﹑結構開(kāi)放的自動(dòng)控制系統。TPS系統被廣泛應用在石油化工行業(yè)的關(guān)鍵裝置中，如催化裂化、連續重整、石腦油裂解等，取得了良好的成效。

    2．控制方案組態(tài)

    控制方案組態(tài)的過(guò)程實(shí)際上就是把控制方案轉變成控制系統能夠識別和執行的命令的過(guò)程。對于如單回路控制、串級控制、選擇控制、比值控制、分程控制等單一、常規的控制方案，TPS系統提供了現成的控制策略，我們要做的工作是根據控制方案的需要選擇正確的數據點(diǎn)類(lèi)型，通過(guò)填表的方式把數據點(diǎn)內的參數進(jìn)行連接，并最終實(shí)現過(guò)程監控的目的。
有些控制方案由兩種或兩種以上的控制算法組成，無(wú)法直接利用系統提供的控制策略，實(shí)現起來(lái)相對比較復雜，我們可以利用TPS系統的控制策略和數據點(diǎn)進(jìn)行組合，用類(lèi)似“搭積木”的方法構建我們需要的控制策略。

    而針對特定工藝或操作方式而設計的復雜控制方案，TPS系統還提供了編程工具－CL語(yǔ)言，利用CL語(yǔ)言可以完成滿(mǎn)足特殊要求的控制組態(tài)。

    以下分別討論TPS系統組態(tài)的幾種方法。

    2.1選擇控制的組態(tài)

    圖1是某煉油企業(yè)烷基化裝置的部分控制流程圖，工藝操作原則是：酸再生塔進(jìn)料氣化器E-2出口設溫度調節回路TRCA702，通過(guò)調節1.0MPa加熱蒸汽來(lái)保證再生氫氟酸的需要，但E-2在氫氟酸的作用下，當管束溫度過(guò)高時(shí)腐蝕將

               

                                  圖1 低選回路操作流程圖

    大大加快，因此又設加熱蒸汽壓力調節回路PIC632，將蒸汽壓力控制在0.7MPa，即兩個(gè)參數控制一個(gè)調節閥，反而言之，該調節閥的開(kāi)度將同時(shí)影響兩個(gè)參數，經(jīng)過(guò)研究工藝條件，決定使用選擇控制系統來(lái)實(shí)現控制目的。
選擇控制系統可以在被控變量(輸入)和控制器之間放置選擇器，也可以在控制器和操縱變量(輸出)之間放置選擇器，而選擇器的邏輯又可以分為高選和低選。對于本控制方案，我們選擇在兩個(gè)調節回路的輸出之間引入低選器。其邏輯關(guān)系可以表述為：u0=min(ui1,ui2,…)。低選器輸出兩者間較小值，并以該值控制調節閥的開(kāi)度。

    首先，根據測量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數據點(diǎn)。該回路有兩個(gè)輸入信號，分別接收E-2入口蒸汽壓力測量信號和出口混合物溫度測量信號，有一個(gè)輸出信號，控制蒸汽入口壓力調節閥，因此需要建立兩個(gè)模擬輸入數據點(diǎn)和一個(gè)模擬輸出數據點(diǎn)。其組態(tài)內容見(jiàn)表1：

               

                                 表1 輸入/輸出數據點(diǎn)組態(tài)表

    然后，建立三個(gè)調節控制點(diǎn)，分別用于實(shí)現壓力控制、溫度控制、選擇輸出等功能。TRCA702和PIC632選擇的算法是PID；TPLS702選擇的算法是超弛選擇(Override Select，縮寫(xiě)為ORSEL)，并進(jìn)一步選定詳細算法為EQB，即低選。將TRCA702的調節輸出(TRCA702.OP)目標定義為T(mén)PLS702的第一個(gè)輸入TPLS702.X1，PIC632的調節輸出(PIC632.OP) 目標定義為T(mén)PLS702的第二個(gè)輸入TPLS702.X2，而TPLS702的調節輸出(TPLS702.OP)目標定義為T(mén)V702.OP，見(jiàn)表2。

               

                            表2 調節控制點(diǎn)組態(tài)表

    2.2由選擇性控制和串級控制組成的控制方案的組態(tài)

    圖2是某石化企業(yè)烷基化裝置丙烷汽提塔液位控制流程圖，其工藝操作規程是：丙烷汽提塔V-4的液位(LRC524)在正常操作時(shí)是單參數調節，直接遠程遙控出裝置的丙烷量，另外一路丙烷循環(huán)量則進(jìn)行單回路流量調節(FRC434)，當開(kāi)工時(shí)或丙烷產(chǎn)量過(guò)少時(shí)，停止丙烷出裝置，而由塔液位與丙烷循環(huán)量組成串級調節。

    該控制方案實(shí)現的難點(diǎn)在于主回路LRC524的輸出并非簡(jiǎn)單地同時(shí)輸送到兩個(gè)副級回路FRC434和HIC524，而是應該由操作員根據生產(chǎn)情況切換選擇。由于TPS系統中沒(méi)有這種手動(dòng)選擇算法，因此該控制回路不能直接實(shí)現。我們考慮

               

                              圖2. 丙烷汽提塔液位控制流程圖

    用邏輯數據點(diǎn)來(lái)模擬一個(gè)軟開(kāi)關(guān)的作用，用于控制LRC524的輸出是傳遞給FRC434還是HIC524。
第一步，根據測量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數據點(diǎn)。該回路有兩個(gè)輸入信號，分別接收V-4的液位和循環(huán)丙烷的流量的測量信號，有兩個(gè)輸出信號，分別控制循環(huán)丙烷的流量調節閥和出裝置的丙烷流量調節閥，因此需要建立兩個(gè)模擬輸入數據點(diǎn)和兩個(gè)模擬輸出數據點(diǎn)。其組態(tài)內容見(jiàn)表3：

               

                             表3 輸入/輸出數據點(diǎn)組態(tài)表

    第二步，根據需要建立三個(gè)調節控制點(diǎn)，分別用于實(shí)現液位控制、流量控制和遙控輸出，這些調節控制點(diǎn)的主要內容見(jiàn)表4。

                

                   表4 調節控制點(diǎn)、邏輯點(diǎn)和旗標量點(diǎn)組態(tài)表

    再建立一個(gè)邏輯點(diǎn)LES524LOGIC和一個(gè)旗標量點(diǎn)LES524，用于實(shí)現軟開(kāi)關(guān)的切換功能，邏輯點(diǎn)的結構選擇選項3(12-8-12)，即有12個(gè)輸入，8個(gè)邏輯塊和12個(gè)輸出。本控制方案實(shí)現的關(guān)鍵在于邏輯點(diǎn)的組態(tài)，圖3是邏輯點(diǎn)的功能示意圖，從圖中可以看到，LRC524.OP的輸出允許位由LES524.PVFL控制，由于兩個(gè)輸出允許位之間是“非”的關(guān)系，從而保證在任一時(shí)間LRC524.OP只能傳遞到一個(gè)目標。表5則是邏輯點(diǎn)中組態(tài)的主要內容。

               

                          圖3. 邏輯點(diǎn)LES524LOGIC功能示意圖

    表5 邏輯點(diǎn)主要組態(tài)內容一覽表

               

    2.3由選擇性控制、串級控制和分程控制組成的控制方案的組態(tài)

               

                         圖4. 連續重整裝置再接觸系統的控制方案圖

    上圖是某石化企業(yè)連續重整裝置再接觸系統的控制方案圖，控制要求是：調節器PIC249控制輸出的一路控制調節閥PV249，另一路與PIC259控制輸出的一路進(jìn)行低選，選中的輸出控制調節閥PV259；調節器PIC270控制輸出的一路控制調節閥PV270B，另一路與PIC259控制輸出的另一路進(jìn)行低選，選中的輸出控制調節閥PV270A。根據控制方案圖，可以采用2.2章節中的組合方法進(jìn)行組態(tài)。

    第一步，根據測量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數據點(diǎn)。該回路有三個(gè)輸入信號，分別為三個(gè)壓力測量信號，有四個(gè)輸出信號，分別控制四個(gè)調節閥，因此需要建立三個(gè)模擬輸入數據點(diǎn)和四個(gè)模擬輸出數據點(diǎn)。其組態(tài)內容見(jiàn)表6：

    表6 輸入/輸出數據點(diǎn)組態(tài)表

               

    第二步，建立三個(gè)常規控制點(diǎn)(Reg Ctl)，分別用于實(shí)現3個(gè)壓力控制回路的調節輸出，這些常規控制點(diǎn)的主要內容見(jiàn)表7。

    表7 常規控制點(diǎn)組態(tài)表

               

    第三步，建立六個(gè)常規PV點(diǎn)(Reg PV)，分別用于實(shí)現3個(gè)壓力控制器調節輸出的分程和線(xiàn)性化，這些常規PV點(diǎn)的主要內容見(jiàn)表8。

    表8 常規PV點(diǎn)組態(tài)表



    第四步，建立四個(gè)常規控制點(diǎn)(Reg Ctl)，其中兩個(gè)用于實(shí)現低選，另外兩個(gè)用于實(shí)現手/自動(dòng)切換。這些常規控制點(diǎn)的主要內容見(jiàn)表9。
表9 常規控制點(diǎn)(低選)組態(tài)表

    除了上面的方法外，我們還可以用TPS系統提供的編程工具－CL語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序來(lái)完成上述功能。
    首先，如上述的第一步和第二步，要建立必須的輸入/輸出點(diǎn)和常規控制點(diǎn)。
    然后，用下列CL程序來(lái)代替控制方案圖中虛線(xiàn)部分的功能，
    SEQUENCE LOSELECT
    － BAD PV CHECKING
    ST01 IF PIC249.PV<=-6.9 OR PIC249.PV>=106.9 10
    IF PIC259.PV<=-6.9 OR PIC259.PV>=106.9 20
    IF PIC270.PV<=-6.9 OR PIC270.PV>=106.9 30
    －EQVATIONS Y=2*X-100 FOR PV249
    － Y=2*X1,Y=-2*X2+200 FOR LS1 TO PV259
    － Y=2*X2,Y=2*X3 FOR LS2 TO PV270A
    － Y=-2*X3+200 FOR PV270B
    SET PY259.MODATTR,PY270A.MODATTR,PY270B.MODATTR =PROGRAM
    SET NN91=2*PIC249.OP
    SET NN92=-2*PIC259.OP+200
    SET NN93=2*PIC259.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET PIC259.OP=MINV(NN91,NN92,100)
    SET PIC270A.OP=MINV(NN93,NN94,100)
    SET PIC270B.OP=-2*PIC270.OP+200
    GOTO ST01
    － BAD PV HANDLING
    10 SET PIC249.MD=MAN
    MESG (2) PIC249 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    20 SET PIC259.MD=MAN
    MESG (2) PIC259 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    30 SET PIC270.MD=MAN
    MESG (2) PIC270 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    END

    比較以上兩種組態(tài)方法，前者以填表為主，組態(tài)方式比較簡(jiǎn)單，但使用的數據點(diǎn)較多；后者利用了較少數據點(diǎn)，但要求組態(tài)的工作人員具有一定的編程能力和經(jīng)驗。二者各有所長(cháng)，各有特點(diǎn)。

    3. 結語(yǔ)

    TPS系統是一套技術(shù)成熟的分散控制系統產(chǎn)品，其組態(tài)方法可以多種多樣，在實(shí)際應用過(guò)程中根據控制方案的實(shí)際情況考慮采用何種方法進(jìn)行組態(tài)，就能夠獲得令人滿(mǎn)意的控制效果。