張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學院,新疆獨山子聚丙烯廠,833600 ）

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DCS與FCS集成技術(shù)在聚丙烯廠升級改造中的方案探討

張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學院,新疆獨山子聚丙烯廠,833600 ）

摘要：本文通過訪談和實地調(diào)查，有效的分析了該市某聚丙烯廠自動化現(xiàn)狀以及存在的問題，根據(jù)該廠的實際情況以及升級、擴建的思路，提出了一種將先進控制FCS引進的思路，并根據(jù)控制需求，給出了將FCS有效的集成在原DCS系統(tǒng)的集成方案；同時也給出了一種基于OPC技術(shù)的管控一體化設(shè)計方案，以便實現(xiàn)真正的“管控一體化”。通過與現(xiàn)場專家的商討覺得具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞：FCS；DCS ；DCS與FCS集成技術(shù)；OPC技術(shù)；管控一體化

1　聚丙烯廠自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的缺陷

該廠DCS系統(tǒng)是于2000年引進的浙大中控JX-300X，運行已有15年之久，控制器的功能已達到最大程度的開發(fā)，性能還算穩(wěn)定。DCS主要實現(xiàn)包括：粗丙烯精制處理過程、聚合反應(yīng)控制過程、閃蒸操作過程、成品包裝過程、膜回收系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等信息采集、過程監(jiān)控和緊急關(guān)斷，保障整個生產(chǎn)過程安全、可靠、平穩(wěn)的運行。

隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展，聚丙烯的用途越來越廣泛，市場需求不斷增加，該廠現(xiàn)有的兩套裝置已無法滿足市場需求，同時該廠也想通過擴大規(guī)模，增加收益，所以決定在原生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)上進行改建和擴建。但是如果要在此套DCS上再增加一套聚丙烯生產(chǎn)裝置控制功能，已經(jīng)顯得力不從心，關(guān)鍵是該型號的DCS廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)，想要通過在線升級或改造提升系統(tǒng)控制能力是行不通的。另外，該廠目前還存在一個問題，就是DCS系統(tǒng)運行這么多年，在現(xiàn)場控制站以及操作站都留有網(wǎng)絡(luò)接口；廠級辦公大樓目前也建立了局域網(wǎng)，但是管理層無法掌握和監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場的實際狀況，基本上靠技術(shù)員下現(xiàn)場或打電話進行咨詢和監(jiān)控，出現(xiàn)生產(chǎn)和管理層之間完全脫節(jié)。

2　改造的總體思路

2.1改造的原則

針對以上存在的問題和聚丙烯生產(chǎn)工藝的要求，決定對原系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進行升級，并在已有裝置的附近新建聚合裝置和閃蒸裝置，精制裝置、供熱、供水系統(tǒng)還利用以前的裝置，只是增設(shè)管線而已，從而滿足該廠新增產(chǎn)量的需求。同時，在本項目的實施過程中，盡量不影響原生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)，減少損失、節(jié)約成本和投資。

2.2改造后應(yīng)具備的功能

對原料輸入管線進行檢測，在聚丙烯粉料生產(chǎn)的過程中，及時的對聚合釜、閃蒸釜的釜壓、溫度等參數(shù)進行采集，并將其同其它現(xiàn)場信息通過高速信息網(wǎng)，送往中控制室的操作站上進行顯示、監(jiān)控和調(diào)度，為整個廠區(qū)生產(chǎn)裝置的監(jiān)控、管理和優(yōu)化控制提供方便。

以 DCS 為基礎(chǔ)，輔以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FF H1）的聚丙烯廠自動控制系統(tǒng)主要完成以下功能：

1）實現(xiàn)聚丙烯廠現(xiàn)有DCS系統(tǒng)與新擴建裝置FCS系統(tǒng)之間或各個系統(tǒng)本身內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)與控制層控制網(wǎng)絡(luò)的集成，達到現(xiàn)場采集、檢測、控制信息實時高效的上傳下達，保證通信順暢、控制高效的目的；

2）監(jiān)控層通過操作站實時地讀取現(xiàn)場信號，并將各個控制裝置的生產(chǎn)狀況和實時數(shù)據(jù)在操作站主控機上進行顯示、報警和處理。操作站還可以通過控制網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控和診斷，并給出控制命令，實現(xiàn)真正的管控一體化。

3　DCS與FCS集成方案的實現(xiàn)

根據(jù)該廠目前的DCS現(xiàn)狀和FCS 的特點以及適用范圍，再結(jié)合該項目擴建的實際情況和技術(shù)要求，決定采用“現(xiàn)場總線在DCS 系統(tǒng) I/O 總線上集成”的控制方案。

該集成方案控制系統(tǒng)以原 DCS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開放式基金會現(xiàn)場總線（FF H1）為輔助，構(gòu)成本廠的分布式控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系，從上往下可分為 3 層。

(1）監(jiān)控操作層

監(jiān)控層基本上沒有做多大的改變，充分利用原DCS系統(tǒng)的功能，智能儀表和FF總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)的監(jiān)控信號通過總線接口卡轉(zhuǎn)換成DCS的 I/O 總線可以設(shè)別和接受的信號；相當于把FCS系統(tǒng)信號看成是DCS的一個傳統(tǒng)設(shè)備卡，和一般的變送器效果相同。監(jiān)控操作層的操作站、服務(wù)器等構(gòu)成整個控制系統(tǒng)的主控中心，其中服務(wù)器通過以太網(wǎng)與管理層的 PC相連，實現(xiàn)管理層對現(xiàn)場運行狀況和數(shù)據(jù)的監(jiān)控。工程師站主要用來對原 DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場控制站軟硬件組態(tài)、設(shè)備維護和過程控制參數(shù)的整定；操作員站主要用來對原裝置以及新建裝置生產(chǎn)過程的運行監(jiān)視、現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集和其它檢測系統(tǒng)的調(diào)度功能。該層是整個集成控制系統(tǒng)的核心。

(2）I/O 測控層

I/O 測控層是集成控制系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換中樞，主要是由DCS I/O 卡件和基金會現(xiàn)場總線接口卡（PCI卡）構(gòu)成。兩種類型的卡件可以根據(jù)實際情況任意混合使用。原聚丙烯裝置上的儀表和執(zhí)行機構(gòu)信號通過DCS I/O 卡件接入監(jiān)控層，新建裝置智能儀表和執(zhí)行機構(gòu)通過PCI卡接入監(jiān)控層，從而實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和傳輸。這樣整個廠區(qū)內(nèi)所有生產(chǎn)裝置的工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量、液位等就可以傳送到監(jiān)控層；相反，監(jiān)控層的控制信號也可以通過DCS I/O 卡件或PCI卡傳送到執(zhí)行器，實現(xiàn)控制功能。

(3）現(xiàn)場層

在現(xiàn)場層，傳統(tǒng)的檢測儀表和執(zhí)行機構(gòu)，其輸入、輸出信號均為標準的 4～20mA信號，采用耐火電纜對數(shù)據(jù)信號進行傳輸；對于智能型的現(xiàn)場總線儀表，均采用總線方式進行連接，電纜采用屏蔽單對雙絞線（即A型電纜）?，F(xiàn)場層的這種信號線連接方式，不僅充分利用了原DCS系統(tǒng)的信號線、電纜以及 I/O 卡件的轉(zhuǎn)化功能，也充分把基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的“控制功能現(xiàn)場化”的優(yōu)勢得以發(fā)揮。

4　基于OPC技術(shù)的管控一體化設(shè)計方案的實現(xiàn)

針對本市聚丙烯廠,新擴建的聚丙烯生產(chǎn)裝置采用的基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFFH1）,在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能上相對來時比較簡單，決定采取了以下方案：通過OPC服務(wù)器把原有的DCS設(shè)備和新增的FCS連接在一起(見圖1-2),可以實時上傳和監(jiān)控FCS和DCS中的設(shè)備參數(shù)或數(shù)據(jù)信息,更好地實現(xiàn)系統(tǒng)開放性。

這樣對于上層管理人員，可以通過工作站（帶OPC服務(wù)器）隨時調(diào)取生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)、歷史表報或者銷售情況等所需信息，也可以隨時打印各種報表，以便更好的實施調(diào)度，優(yōu)化控制，把握市場，做出正確的決策。

此設(shè)計方案也可以作為本廠以后遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)框架，其中帶OPC服務(wù)器的應(yīng)用工作站是核心。在這個網(wǎng)絡(luò)體系中，OPC 服務(wù)器內(nèi)裝有大量的數(shù)據(jù)庫信息，它可以看作是控制網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)庫的一個接口，也可以看作是現(xiàn)場層控制網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控管理層之間的一個網(wǎng)關(guān)，為運行于其上的應(yīng)用系統(tǒng)(或程序)提供實時訪問運行數(shù)據(jù)庫的功能。此種機構(gòu)的優(yōu)點體現(xiàn)在：第一，通過 OPC 服務(wù)器有效的將企業(yè)決策層的局域網(wǎng)與中控室的控制網(wǎng)絡(luò)集成在一起，使決策層的管理人員或用戶可以及時、有效、方便的訪問運行數(shù)據(jù)庫內(nèi)的所有所有數(shù)據(jù)和信息；第二，正因為應(yīng)用工作站這樣的一個“網(wǎng)關(guān)”存在，對工廠局域網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)有效的進行了隔離，以免局域網(wǎng)上可能存在的病毒侵入到控制網(wǎng)絡(luò)，既安全又高效。但是，此種結(jié)構(gòu)對OPC服務(wù)器的性能和配置要求比較高，并且在OPC服務(wù)器上必須安裝兩塊網(wǎng)卡，一塊負責管理層局域網(wǎng)的通信，一塊負責控制網(wǎng)絡(luò)的通信。

5　結(jié)論和建議

1)將FCS集成在原DCS上，極大地減少了擴建中人力、物力的投入；同時該方案中的PCI卡、DCS 控制器均有冗余功能及端口預(yù)留，如果以后還有需要接入的設(shè)備或儀表，只需直接接入，在工程師站進行相應(yīng)的參數(shù)及功能設(shè)置就可以了。

2)真正實現(xiàn)了“管控一體化”?！盎贠PC技術(shù)的管控一體化設(shè)計方案”能有效的解決該廠目前存在的管理層與生產(chǎn)層的脫節(jié)，可以有效的利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實施生產(chǎn)的監(jiān)控、調(diào)度、優(yōu)化配置，也減少了人員成本。

3)FCS畢竟是一種先進的控制技術(shù)，所以在實施的過程中可能會存在信號的匹配、集成和轉(zhuǎn)換的問題，一次投入要大些。

參考文獻

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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

作者簡介

張麗萍（1980—），女，漢，陜西渭南，學士，中級講師，從事生產(chǎn)過程自動化、通訊方面研究。