橫河DCS系統與APC接口的實現方法

肖健

摘 要 近年來國內外石油化工行業以增加產品收率、降低原料和動力消耗，保證生產裝置的優化和安全平穩運行，提高經濟效益為目標，對裝置配套先進控制系統（APC），給生產裝置帶來顯著的經濟效益。文章通過先進控制技術軟件和DCS控制系統連接接口的原理和實現方法的研究，并以大慶石化分公司全密度裝置采用的橫河公司CS3000控制系統和美國Univation公司的先進控制軟件接口連接為實例，介紹先進控制軟件與DCS系統接口的原理及實現方法。

關鍵詞 先進控制系統（APC）；DCS系統；接口；實現方法

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0052-01

國內的全密度裝置很多都采用Univation公司的UNIPOL PE技術，包括引進相應的先進過程控制（APC）系統。中國石油大慶石化分公司全密度裝APC是目前國內正在投用的最先進、最新型的系統。通過實施先進控制，可以改善過程動態，減少過程變量的波動幅度，使之能更接近其優化目標值，從而使生產裝置在接近其約束邊界條件下運行，最終達到增強裝置運行的穩定性和安全性、保證產品質量、提高目標產品收率等目的。但是我們面臨的同一個問題就是APC和DCS這兩個系統是如何銜接的。雖然各個廠家DCS系統和先進控制軟件不盡相同，但兩者接口的實現方法卻是大同小異。

1 APC系統結構

采用OPC服務器完成APC與DCS的數據交換，即在Univation公司的APC服務器上安裝MatriconOPC服務軟件的Client端，在橫河公司CS3000系統的OPC服務器上安裝MatriconOPC服務軟件的Server端，通過OPC協議實現APC與DCS的數據交換。實時運行時啟動OPC服務進程，APC軟件通過自帶的OPC客戶模塊與DCS網絡上的OPC服務器相連，通過OPC服務器讀取最新的實時測量數據，并將輸出數據送給OPC服務器，再由OPC服務器將數據實時地傳送上相應的控制模塊。采用OPC通訊方式最大優點是安全可靠，不需要修改DCS的原有組態。

2 具體實施步驟

下面以全密度裝置的一個控制回路FIC4001-1為例，具體說明APC與DCS之間的接口是如何實現的。

2.1 基礎工作

首先在橫河CS3000系統中建立PID模塊FIC4001-1并下裝主程序，使操作工能夠對該回路進行手動/自動操作。根據上文所述APC服務器可以通過OPC服務器和橫河底層數據庫相連，這樣APC服務器就可以讀取到DCS數據庫中的任何數據。然后在DCS系統中建立一個寄存器模塊（BUF），該寄存器模塊可以記錄16個單獨的數據，將APC需要的FIC4001-1的相關參數如當前值（PV），設定值（SV），輸出值（MV）等寄存在當中，供APC讀取使用。

2.2 原理及實現方法

1）APC控制的建立及脫離的過程。在APC沒有投用的時候，PID控制模塊FIC4001-1可以由操作工進行常規的手自動切換及SV及MV的設定。APC投用的先決條件是FIC4001-1能夠投自動，即控制模式處在AUT位置。這個模式可以通過表1中的變量傳遞給APC。操作工通過操作面板發送給APC請求信號（REQUEST），APC如果各方面條件都具備將會返給DCS一個“握手”信號（ACCEPT），DCS接到這個信號后，將會把控制模式切換到APC遠程串級模式（RCAS），這樣整個PID回路就處于APC軟件的控制之下了，當操作工不需要APC控制時，通過操作面板將PID回路的控制模式改為自動模式，這時APC將會向DCS發送一個脫離控制請求信號（SHED），DCS接到此信號后將脫離APC控制，PID回路又重新回到自動模式（AUT）。2）關于APC和DCS的“握手”原理。每個控制回路設計了DCS請求APC控制的信號（REQUEST）和來自APC確認的APC已經準備好的信號（ACCEPT）。控制回路將有一個可以接受的時間延遲，也就是要等待APC的ACCEPT信號的到來，通常是通過增加一個延時模塊來實現，作為DCS和APC握手的時間通常以秒為單位，這個值應該根據現場實際情況而定，一般設定為30秒左右。還有一點值得注意的是，“握手”成功的先決條件是控制回路處在自動模式（AUT），并且“握手”成功后要在操作面板上進行指示，失敗時也要有報警。3）關于APC脫離控制信號（SHED）。當現場發生輸入輸出開路或控制模式改變或網絡通訊故障等APC認為不能進行投用的情況時，APC將請求脫離控制信號（SHED）發給DCS，DCS接到該信號后，將在那一時刻改變FIC4001-1的控制模式為自動（AUT）。并將在DCS上發出一個報警音提醒操作工注意。4）關于APC“看門狗”變量（WD）。變量（WD）即Watch Dog的縮寫，其作用及控制基理如下，當APC在投用時，APC將發送一個以秒為單位的脈沖信號（WD）到DCS，此脈沖信號的脈寬為5秒，也就是說每隔5秒在0-1之間周期性跳變。DCS將監視脈沖信號（WD）的變化。如果APC在投用時，這個脈沖周期性跳變，也就是說每隔5秒跳變一次，那么我們認為APC的控制是正常和有效的，當這一脈沖信號消失時，也就是說這個WD信號再不改變了處于常0或者常1，那么我們就認為APC的通訊發生了故障，這時在DCS上將會產生一個WD故障的報警。5）在DCS中的實現。其中，FIC4001-1BUF是數據寄存器模塊；FIC4001-1M是FIC4001-1的模式記錄模塊，它將FIC4001-1的模式記錄并通過OPC服務器傳給APC；LC40011是一個邏輯塊用于實現APC與DCS間的握手邏輯及脫離邏輯和相關的報警信號；RL40011是一個比較模塊用于判斷APC的SHED和WD信號是否產生。

3 結束語

以上是一個實例，其它回路實現APC與DCS接口的方法是相同的，在這里不再一一贅述，通過生產實踐證明，該方法的實施使APC投用高效穩定，保證了生產裝置的優化和安全平穩運行，提高了產品的產率，給生產裝置帶來顯著的經濟效益。

參考文獻

[1]孫優賢，邵惠鶴.工業過程控制技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]王樹青.先進控制技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2005.

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