DCS與FCS集成技術在聚丙烯廠升級改造中的方案探討

張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業技術學院,新疆獨山子聚丙烯廠,833600 ）

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DCS與FCS集成技術在聚丙烯廠升級改造中的方案探討

張麗萍,王維鐸

（新疆克拉瑪依職業技術學院,新疆獨山子聚丙烯廠,833600 ）

摘要：本文通過訪談和實地調查，有效的分析了該市某聚丙烯廠自動化現狀以及存在的問題，根據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，并根據控制需求，給出了將FCS有效的集成在原DCS系統的集成方案；同時也給出了一種基于OPC技術的管控一體化設計方案，以便實現真正的“管控一體化”。通過與現場專家的商討覺得具有一定的可行性。

關鍵詞：FCS；DCS ；DCS與FCS集成技術；OPC技術；管控一體化

1　聚丙烯廠自動化控制系統的現狀和存在的缺陷

該廠DCS系統是于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，性能還算穩定。DCS主要實現包括：粗丙烯精制處理過程、聚合反應控制過程、閃蒸操作過程、成品包裝過程、膜回收系統及輔助系統等信息采集、過程監控和緊急關斷，保障整個生產過程安全、可靠、平穩的運行。

隨著科學技術不斷發展，聚丙烯的用途越來越廣泛，市場需求不斷增加，該廠現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模，增加收益，所以決定在原生產裝置基礎上進行改建和擴建。但是如果要在此套DCS上再增加一套聚丙烯生產裝置控制功能，已經顯得力不從心，關鍵是該型號的DCS廠家已經不再生產，想要通過在線升級或改造提升系統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系統運行這么多年，在現場控制站以及操作站都留有網絡接口；廠級辦公大樓目前也建立了局域網，但是管理層無法掌握和監控生產現場的實際狀況，基本上靠技術員下現場或打電話進行咨詢和監控，出現生產和管理層之間完全脫節。

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工藝的要求，決定對原系統內的網絡進行升級，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、供水系統還利用以前的裝置，只是增設管線而已，從而滿足該廠新增產量的需求。同時，在本項目的實施過程中，盡量不影響原生產裝置的正常生產，減少損失、節約成本和投資。

2.2改造后應具備的功能

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

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

1）實現聚丙烯廠現有DCS系統與新擴建裝置FCS系統之間或各個系統本身內部通信網絡與控制層控制網絡的集成，達到現場采集、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）監控層通過操作站實時地讀取現場信號，并將各個控制裝置的生產狀況和實時數據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絡進行遠程監控和診斷，并給出控制命令，實現真正的管控一體化。

3　DCS與FCS集成方案的實現

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

該集成方案控制系統以原 DCS 系統為基礎，開放式基金會現場總線（FF H1）為輔助，構成本廠的分布式控制系統網絡體系，從上往下可分為 3 層。

(1）監控操作層

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

(2）I/O 測控層

I/O 測控層是集成控制系統信號轉換中樞，主要是由DCS I/O 卡件和基金會現場總線接口卡（PCI卡）構成。兩種類型的卡件可以根據實際情況任意混合使用。原聚丙烯裝置上的儀表和執行機構信號通過DCS I/O 卡件接入監控層，新建裝置智能儀表和執行機構通過PCI卡接入監控層，從而實現現場數據的采集和傳輸。這樣整個廠區內所有生產裝置的工藝參數，如壓力、溫度、流量、液位等就可以傳送到監控層；相反，監控層的控制信號也可以通過DCS I/O 卡件或PCI卡傳送到執行器，實現控制功能。

(3）現場層

在現場層，傳統的檢測儀表和執行機構，其輸入、輸出信號均為標準的 4～20mA信號，采用耐火電纜對數據信號進行傳輸；對于智能型的現場總線儀表，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）。現場層的這種信號線連接方式，不僅充分利用了原DCS系統的信號線、電纜以及 I/O 卡件的轉化功能，也充分把基金會現場總線控制系統的“控制功能現場化”的優勢得以發揮。

4　基于OPC技術的管控一體化設計方案的實現

針對本市聚丙烯廠,新擴建的聚丙烯生產裝置采用的基金會現場總線控制系統（FCSFFH1）,在系統的結構和功能上相對來時比較簡單，決定采取了以下方案：通過OPC服務器把原有的DCS設備和新增的FCS連接在一起(見圖1-2),可以實時上傳和監控FCS和DCS中的設備參數或數據信息,更好地實現系統開放性。

這樣對于上層管理人員，可以通過工作站（帶OPC服務器）隨時調取生產現場的實時數據、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，以便更好的實施調度，優化控制，把握市場，做出正確的決策。

此設計方案也可以作為本廠以后遠程監控系統的基本網絡框架，其中帶OPC服務器的應用工作站是核心。在這個網絡體系中，OPC 服務器內裝有大量的數據庫信息，它可以看作是控制網絡運行數據庫的一個接口，也可以看作是現場層控制網絡和監控管理層之間的一個網關，為運行于其上的應用系統(或程序)提供實時訪問運行數據庫的功能。此種機構的優點體現在：第一，通過 OPC 服務器有效的將企業決策層的局域網與中控室的控制網絡集成在一起，使決策層的管理人員或用戶可以及時、有效、方便的訪問運行數據庫內的所有所有數據和信息；第二，正因為應用工作站這樣的一個“網關”存在，對工廠局域網與控制網絡有效的進行了隔離，以免局域網上可能存在的病毒侵入到控制網絡，既安全又高效。但是，此種結構對OPC服務器的性能和配置要求比較高，并且在OPC服務器上必須安裝兩塊網卡，一塊負責管理層局域網的通信，一塊負責控制網絡的通信。

5　結論和建議

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留，如果以后還有需要接入的設備或儀表，只需直接接入，在工程師站進行相應的參數及功能設置就可以了。

2)真正實現了“管控一體化”。“基于OPC技術的管控一體化設計方案”能有效的解決該廠目前存在的管理層與生產層的脫節，可以有效的利用網絡系統實施生產的監控、調度、優化配置，也減少了人員成本。

3)FCS畢竟是一種先進的控制技術，所以在實施的過程中可能會存在信號的匹配、集成和轉換的問題，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，從事生產過程自動化、通訊方面研究。