低壓聚乙烯裝置C線風送控制系統更新

宋光偉

(大慶石化公司塑料廠機動科，黑龍江 大慶 163714)

某石化公司塑料廠低壓聚乙烯裝置C線于1999年8月建成投產，近幾年，低壓C線風送的SⅠEMENS S5 PLC系統多次出現通訊不暢故障。同時，風送的輸送系統工藝設備改造后，控制系統應用程序存在缺陷，多次出現無法進行順序控制的故障。由于設計問題現場許多閥位指示在PLC內假指示，無法體現現場的實際情況；現場一些風機的報警聯鎖沒有引入PLC中，聯鎖動作時無法準確判斷報警點，給問題的查找帶來了不便，且西門子公司已經將S5系列PLC淘汰，全面停止S5系列產品的生產，于2010年后停止所有型號備件供應，一旦系統卡件損壞，將造成裝置停車，嚴重威脅低壓裝置C線的平穩生產，屬于重大的設備隱患。

1 控制系統現狀及系統更新目的

1.1 控制系統現狀

某石化塑料廠低壓聚乙烯裝置C線風送控制系統SⅠEMENS S5 PLC，1999年8月投用，系統包括4個機柜，1個工程師站，1個操作站，Ⅰ/O點369點，10幅流程圖。

更新后采用HONEYWELL TPS（R680）系統，系統包括5個控制站，8個操作站機，1個工程師站，Ⅰ/O點369點，10幅流程圖。系統配置如圖1所示。

1.2 系統更新目的

圖1 HONEYWELL TPS系統配置圖

考慮到裝置的重要性和安全性，某石化公司決定對塑料廠低壓聚乙烯裝置C線風送控制系統SⅠEMENS S5 PLC進行更新改造，更新為HONEYWELL TPS系統，將風送及顆粒料倉控制系統SⅠEMENS S5 PLC系統內的程序移到HONEYWELL TPS系統的HPM控制站內，并入原低壓C線主裝置DCS控制系統（HONEYWELL TPS系統）。研究和開發出一套具備科學性、準確性和安全性的控制系統，使整套生產裝置控制更完整，前后工段銜接更順暢，操作和維護更簡便。

2 系統更新技術要求

2.1 系統硬件要求

新控制系統由1個機柜、1臺操作站組成，要求新系統必須能與C線DCS系統并網。具體要求如下：

（1）新系統維持原邏輯功能不變。

（2）系統Ⅰ/O點總數為369點，包括261個DⅠ點，95個DO點，13個AⅠ點。更新后的系統包括1個冗余控制站、1臺操作站，新系統能與C線DCS系統并網，并網通過NⅠM25/26節點實現。

（3）原控制系統中的安全繼電器、接觸器、轉換器、安全柵、繼電器、空開全部更新，包括安全柵13臺、轉換器40臺、接觸器23臺、繼電器141臺、空開38個、零速度檢測轉換器7個、開關按鈕9個、時間繼電器3個。

（4）控制器應具備快速控制能力，從信號輸入經過PⅠD控制運算，到信號輸出的累積時間應在50 ms以內。控制器能按功能塊或控制回路分別設置控制掃描周期時間。

（5）Ⅰ/O卡的隔離方式應為各通道間相互隔離。

（6）各類卡件至少為0.1%精度的產品；D/A、A/D轉換為16位分辨率。

（7）AO卡的通道數不應多于每卡16通道；控制、測量用AⅠ卡的通道數均不應多于每卡16通道；溫度信號（T/C，RTD）輸入卡的通道數不應多于每卡32通道； 用于聯鎖、順控的DⅠ卡的通道數不應多于16通道，其他用途DⅠ卡的通道數不應多于32通道；DO卡的通道數不應多于16通道；測量用脈沖輸入卡的通道數不超過 8點。

（8）DCS應具備為現場24 V用電儀表供電能力。

（9）智能Ⅰ/O卡要求：接受4～20 mA模擬信號疊加HART通訊協議的信號。

2.2 系統軟件要求

（1）DCS具備連續過程控制、批量控制、邏輯和順序控制的功能。軟件標準功能包括：氣體、水蒸氣流量測量的溫度、壓力補償；非線性控制；以及其他成熟的、定型的過程控制軟件。

（2）系統總技術要求DCS必須配備全套的組態軟件、過程控制軟件、過程檢測軟件和操作軟件。

（3）DCS配備用于保存過程數據記錄的軟件。

（4）DCS配備PⅠD參數自整定功能。

（5）儀表位號允許長度不得少于15位。

（6）操作站、工程師站都具有操作記錄查詢功能。

（7）工程師站應配備通用的高級語言、數據庫管理系統、電子表格、網絡管理軟件等應用軟件及工具軟件。

（8）組態軟件必須具備在線修改和下裝組態數據的功能，具備在線增加Ⅰ/O卡件功能。

（9）DCS配備生產報表軟件。

（10）操作站中流程圖畫面漢化、位號具有漢字注釋功能。

3 系統更新工作難點

3.1 程序解讀轉換

低壓聚乙烯裝置C線風送原使用SⅠEMENS S5 PLC系統，由于無原有程序邏輯，需要解讀現有程序來實現HONEYWELL TPS系統組態。

3.1.1 程序導出

將現有PLC系統中ⅠO分配，梯形圖，順序控制語言，功能塊邏輯導出為可讀文件。并跟原系統進行比對是否有遺漏。

3.1.2 程序解讀

為確保程序的順利解讀，需了解工藝過程。根據工藝過程將程序分為四個工段進行解讀，分別為粉末工段，進料工段，摻合工段，送料工段。

（1）了解系統的執行順序。解讀過程根據系統的執行順序OB，FB，PB進行，程序解讀由易到難。

（2）對每一條語句分析其代表的含義，確定是系統信息還是工藝邏輯。

① 系統信息確定在系統中實現的功能。

② 工藝邏輯確定工藝過程并記錄。

（3）了解各個功能塊的功能，根據S5程序語言描述出功能塊的作用。

（4）根據順序控制語言編寫的每一條語句的含義并結合流程，理清楚整個邏輯過程。

（5）根據流程畫面和系統設置，清楚系統操作過程及工藝需要的功能。

例如FX230 用16位字節定義，如圖2所示。

圖 2 SⅠEMENS S5 程序語句

上述語句表為原S5程序中功能塊的程序設計，通過對邏輯分析簡化后FX230的功能描述為：單DⅠ，單DO，9位為信號開，8位為信號關，關信號優先（RS觸發器）。開命令觸發，開回訊2 s未回來顯示故障；關命令觸發，關回訊2 s未回來顯示故障。故障恢復，故障可被復位。

3.1.3 程序轉換

PLC系統與霍尼韋爾TPS系統有很大的差異，轉換程序實現用TPS系統實現PLC系統的功能，需要：

（1）根據解讀程序的梯形圖轉換成適合TPS系統的邏輯關系形成電子文件。

（2）順序控制根據轉換成CL 語言模式電子文件。

（3）功能塊使用邏輯點實現電子文件。

注意在實現過程中結合TPS系統的特點考慮時序等問題。

例如：將圖2的S5程序語句表用TPS邏輯結構實現比較簡化，邏輯圖如圖3所示。

3.2 組態

3.2.1 系統硬件資源配置組態

（1）控制系配置組態包括：系統構成、操作站、控制站等設備的配置信息組態。

（2）系統構成組態是定義系統中各設備的名稱、注釋、類型、ⅠP地址等。

圖3 TPS系統邏輯圖

（3）控制站的配置組態包括確定各控制站的啟動條件、電源故障診斷時間、掃描周期、容量以及Ⅰ/O卡件的分配等等。

（4）操作站的配置，要確定每個操作員站的站號，每站的工作分配（操作組分配），還有每個操作員站的操作、報警優先級確定等。

3.2.2 點組態

根據Ⅰ/O點組態設計，完成點的組態，一般分為兩部分：過程點和內部點的組態。過程點為實際Ⅰ/O點；內部點是系統在生成控制回路時所形成的中間量，有的是為了各種計算和復雜控制定義的。點組態是通過控制系統提供的組態工具將《Ⅰ/O點監控數據表》中的所有內容輸入控制系統，然后形成數據庫。

3.2.3 控制回路組態

控制回路組態往往是控制系統組態中最為復雜、難度也最大的部分。在控制回路組態時，仔細閱讀控制系統組態使用說明書，確切理解每個算法模塊的用途及模塊中的每個參數的含義，特別是對于那些復雜模塊。然后根據回路圖，完成各簡單回路、復雜回路的組態，要確認回路連接的正確性。

3.2.4 邏輯控制組態

根據聯鎖邏輯組態設計，并用邏輯塊等方式進行組態；邏輯組態應盡量減少中間變量、避免互相傳遞，在實現邏輯功能的基礎上盡量減化邏輯。

3.2.5 流程圖畫面組態

根據工藝流程PⅠ圖完成流程圖畫面的組態。將工藝的實際罐的動態液位、轉動設備的運行狀態、閥門狀態、操作軟鍵、儀表回路等表述完整。

3.2.6 操作員功能組態

操作員功能組態包括功能鍵、控制分組、趨勢分組、總貌畫面等等，根據工藝技術人員要求進行組態，將確認后的內容輸入控制系統，一般在系統投用前還要進行修改和增加。

3.2.7 歷史數據庫組態

控制系統的歷史數據存儲一般用于趨勢顯示、事故分析、報表運算等。歷史數據通常占用很大的系統資源，特別是存儲頻率較快，若數據點多的話，會給系統增加較大的負擔。

3.2.8 組態檢查

根據設計圖紙認真檢查、核對所組態內容，確認并修改完善。

3.3.9 組態測試

由于塑料廠低壓C線風送改造項目整個組態內容是根據原控制系統解讀，而來程序解讀困難，同時霍尼韋爾系統與西門子PLCS5系統在功能實現上有很大的不同，因此提前在實驗裝置上對解讀的程序進行組態并進行邏輯測試和功能實現測試。保證組態程序的正確和功能的完整性，確保系統更新的順利實施。

4 系統更新的創新科學價值及更新成效

4.1 創新科學價值

結合我國國情研發出具有自主知識產權的控制系統技術，建立符合生產管理需要、基于密相氣力輸送技術的風送及顆粒料倉控制系統，而進行的這次控制系統更新具有以下幾點創新科學價值：

（1）科學性：通過深入分析和研究，構建合理的應用程序架構，優化軟件設計，使整套控制系統更具科學性。

（2）準確性：根據生產裝置的實際需要，優化應用程序結構，并依據不同的設備自定義不同的功能塊，保證對生產設備進行準確控制。

（3）安全性：系統設計分為立即停車和順序停車兩種方式，確保在任何緊急情況下，都能將裝置停下來，以保證人身安全和設備安全。

（4）簡易性：系統設計自動化程度高，整個風送系統的啟停、換向閥的換向均采用自動控制，從而大大節省了勞動力，簡化操作步驟，降低操作錯誤幾率。

（5）可擴性：可以單獨在一個工廠運行，也可以擴展至整個石化公司的類似裝置，實現全系統的標準化統一管理和監控。

4.2 系統更新成效

系統更新后實現了生產裝置平穩操作，減少非計劃停車次數。充分體現系統操作的簡便性、聯鎖的安全性、自動化控制的精確性和快速性。幫助現場操作和維護人員及時發現問題，直接保障安全生產,提高裝置安全生產和維護管理水平。