橫河DCS平穩率計算方法的改進

Improvement of the Calculation Method for Steady Rate of Yokogawa DCS

員　鑫

(中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化公司，甘肅 蘭州　730060)

橫河DCS平穩率計算方法的改進

Improvement of the Calculation Method for Steady Rate of Yokogawa DCS

員鑫

(中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化公司，甘肅 蘭州730060)

摘要：DCS平穩率是反映裝置穩定運行的重要指標，它量化了工藝指標偏差對生產裝置所造成的影響。使用Sebol語言和計算塊所編制的程序存在誤差大、耗費系統資源等缺點。通過使用更為簡單的常規控制和計算方法進行改進后，使計算精度提升到分鐘級，程序結構更為簡單易讀，同時將閏年的特殊情況也考慮在內。最后通過批處理程序和順控請求命令將平穩率畫面進行輸出保存。

作者員鑫(1989-)，男，2011年畢業于蘭州理工大學自動化專業，獲學士學位，助理工程師；主要從事儀表自動化及控制系統的研究。

關鍵詞：平穩率Sebol語言運算精度方法改進批處理

Abstract：Steady rate of DCS is an important index reflecting the stable operation of plant, and quantifies the impact of process indexes deviation to the production equipment. The programs compiled by using Sebol language and calculation block features shortcomings, such as larger errors and consuming more system resources. After improving by using simpler conventional control and calculation method, the calculation accuracy is upgraded to minute level; the structure of program becomes simpler and easier to read. In addition, the leap year will be also taken into account. The steady rate displays are output and stored through batch processing program and sequence control commands.

Keywords：Steady rateSebol languageCalculation accuracyMethod improvementBatch process

0引言

平穩率，目的是衡量工藝指標參數是否在可控范圍，反映裝置穩定運行時間占總運行時間的比值，是判斷裝置正常運行的重要指標。計算平穩率有三項參數：關鍵工藝參數指標、超標時間以及通過計算得到的平穩率。每當工藝參數超過設計指標上下限時，以月為單位開始計算超標時間；每月結束后，利用每月總時間減去故障時間，得到正常運行時間，再除以月運行總時間，得出當月平穩率[1]。

蘭州石化公司石化廠中產火炬裝置，采用橫河CS3000控制系統，平穩率運算通過計時塊、運算塊以及Sebol語言的組合，進行數據的采集、計算。在RL比較塊內設置正常的工藝參數指標，當參數超過該指標，啟動相應參數的超限計時器；每月結束后計算出穩定運行時間占總運行時間的百分比。

1運算誤差及弊端分析

對于每個月的時間判斷，采用Sebol語言實現[2]，通過Sebol語言采集VNet/IP控制網時間[3]。鑒于閏年和2月的特殊情況，采用折中算法：忽略閏年的影響，以每月28天為單位進行計算，每當Sebol采集的控制網時間滿足28天，計算得出平穩率結果。

對于這種運算方法，假如當月共31天，系統在第28天24時進行數據采集計算，在第29天0時開始下月平穩率運算，相當于將下月平穩率提前3天進行采集，并提前3天計算得出結果。這就使得工藝人員在分析每月平穩率、制定生產計劃過程中容易產生誤差。同時，橫河DCS系統Sebol語言，是高級順序控制的一種，在執行方式上屬于利用CPU空閑時間執行，以占用DCS的CPU Idle Time為代價來獲取代碼的執行。如果人為更改DCS系統控制網時間，可以修改平穩率計算結果。

2計算方法的改進

為了緩解CPU使用率過高，提高程序執行效率并增加可讀性和拓展性，將Sebol語言使用常規計算方法進行替換[4]。計算方式替換為：為了緩解上述不足，將Sebol語言使用常規計算方法進行替換[4]。為了避免人為更改計算時間，在計算每月時間上采取計時器計時控制，同時增加閏年判斷。每個月的計數時間從當月第一天0時到最后一天24時為止，單位精確到分鐘。以計算一個平穩率指標為例，組態界面如圖1所示。

圖1　組態界面

2.1　月份判斷

計時器在原有計算超標時間的基礎上，增加為五塊，分別代表每個月28天到31天，月計時器上限PH設為當月時間。根據順控表STMM自動判斷當月月份[5]，啟動對應月計時器。由于需要判斷閏年，故二月需另行判斷。STMM1順控表如表1所示。

表1　STMM1順控表

在STMM1順控表中，當月計時器計滿時間，使用批量數據采集塊BDA-L采集超標時間，并停止當月計時器以及超限計時器，觸發執行月自增計算塊。在月自增計算塊MON中，采用觸發執行[6]，觸發信號來自STMM1，每觸發一次月份自增1。當為2月時，使內部開關ATA2置1。最后，在月平穩率計算塊MONAVE中，利用當月總時間減去超標時間，再除以當月總時間，即得到當月平穩率。

2.2　閏年判斷

閏年每四年出現一次。月自增計算塊將ATA2.PV置1時，表示本月為2月，觸發閏年年數自增計算塊RY，利用計算參數P01，存儲本年距上一個閏年經過的年數，即與上一個閏年年份之差，默認設置閏年年數P01=4，次年P01=1。RY計算塊程序如下。

PROGRAM

IF(ATA2.PV==1)THEN

∥判斷是否滿足2月

P01=P01+1

∥年數自增1

IF(P01==5)THEN

∥閏年年數循環

P01=1

END IF

END IF

ATA2.PV=0

∥SW開關ATA2復位

END

2.3　二月平穩率計算

根據閏年判斷結果，決定啟動28天或29天計時器。建立比較塊RYRL，利用順控表STMM2來啟動計時器[7]。當本月月數為2月且SW開關ATA2為1時，根據閏年與否啟動對應計時器。 ATA2的引入是為了確保計時器僅在每年的2月動作。STMM2順控表如表2所示。

表2　STMM2順控表

周期執行的MONAVE2計算塊[8]，首先判斷是否等于2月，在滿足2月的基礎上判斷本年度是否為閏年。如果成立，使用29天計算平穩率；反之使用28天計算。最后得出2月平穩率。

以計算一個參數指標為例，MONAVE2計算塊程序具體如下。

PROGRAM

IF(MON.P01==2)THEN

∥滿足當月為2月

IF(RY.P01==4)THEN

CPV=(41760-BDA.DT01)*100/41 760

∥計算29天平穩率

ELSE

CPV=(40320-BDA.DT01)*100/40 320

∥計算28 天平穩率

END IF

END IF

END

2.4　初次啟動及初始化

將INI順控表處理時序設置為初始化冷啟動，條件欄為空，動作欄將各個順控表置為自動[9]。第一次啟動時需在MON計算參數P01中輸入當月月份，在RY計算參數P01中輸入距離閏年年份的差值，在各月計時器Tunning頁面PH中輸入對應天數。如TM28中PH=40 320，TM30中PH=43 200。當計時器PV=PH時，轉為STOP狀態并觸發順控表STMM1。

考慮到初次運行后，可以在任意時間內觸發超標計時器TM01，所以在順控表ST01中引入初始化開關ATA，首次運行需要手動將ATA置1，開始等待參數指標超限。在投入正常運行后，每當月計時器啟動，ATA會自動置1，用于等待本月指標首次超限。當本月指標首次超限，首先將超限計時器TM01清零，重新開始計時，并將初始化開關ATA復位。ST01順控表如表3所示。

表3　ST01順控表

2.5　自動保存和輸出

在完成流程圖的繪制工作后，需要對每個月平穩率計算結果進行截屏保存。在顯示平穩率的HIS順控請求信息MsgReqDef中分別輸入 “ K HDCP”、“F D:OUTPUT.BAT”[10]。每當上月平穩率計算結束，利用順控表觸發，依次調用順控請求信息自動輸出打印。在需要保存截屏的HIS中，勾選Hard Copy保存到本地，在D盤根目錄建立Windows批處理文件OUTPUT.BAT，輸出截屏到指定文件夾。批處理程序如下。

@echo off

Xcopy "C:CS3000hissavemp"/k /o/h/y /e"指定文件夾路徑"

3結束語

在將平穩率計算方法進行改進后，完成了每月1日0時開始計時，每月最后一天24時結束計時，閏年判斷的引入使平穩率計算更為精確。同時，也克服了原有Sebol程序的弊端，為工藝人員判斷裝置穩定運行提供了更可靠的參數，從而將更多的時間精力投入到優化生產方面[11]。該方法不但降低了生產成本，而且提升了產品質量和企業生產效益。

參考文獻

[1] 劉健，王華.煉化行業裝置平穩率計算與應用[J].計算機與應用化學，2008，25(7)：845-848.

[2] 楊權文，鄧志民.CS3000 DCS在煉油化工一體化工廠的應用[J].

化工自動化及儀表，2012，39(9)：1210-1213.

[3] 賞自良.CENTUM CS1000在空分裝置中的應用[J].自動化儀表，2009,30(2)：39-41.

[4] 李戰平，魯艷峰.長北氣田氣井井口控制系統的設計與應用[J].自動化儀表，2008，29(3)：44-46,49.

[5] 鐘獎霞.CS3000集散控制系統在I催主風機的應用[J].北京石油化工學院學報，2003，11(4)：37-40.

[6] 艾紅.CS3000控制站功能塊使用及控制方案設計[J].化工自動化及儀表，2013，40(2)：273-282.

[7] 王曉玲，徐亮.橫河CS3000集散控制系統在有機硅行業的典型應用[J].工業技術與職業教育，2010，08(2)：35-37.

[8] 許元丁，雷軍.CENTUM-CS3000在硝酸裝置中的應用[J].自動化儀表，2005，26(4)：67,70.

[9] 孫越.CENTUM CS3000系統在200kt/a聚丙烯裝置的應用[J].石油化工設計，2006，23(4)：49-53.

[10]郎微微，王鑫，肖健.橫河DCS系統中語音報警的實現方法[J].化工自動化及儀表，2012，39(2)：281-284.

[11]張洪民.故障安全控制系統在工業生產過程控制中的應用[J].自動化儀表，2013，34(5)：81-85.

《自動化儀表》郵發代號： 4-304, 2015年定價： 18.00元，全年價： 216.00元； 國外代號： M 721

歡迎賜稿， 歡迎訂閱， 歡迎寶貴建議， 歡迎惠刊各類廣告

中圖分類號：TP311

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501013

修改稿收到日期：2014-06-24。