淺析灌區控制系統的改造

姜炳義 談敦國 楊月

摘要：原料罐區由碳五罐區和輕烴罐區組成，由于建設時間不同，控制系統為S7-300和S7-400的兩套PLC控制系統，系統故障率高，維護保運難度大。通過改造為國產DCS系統，從整體上提高了控制系統的可靠性，降低了故障率、維護成本和難度，也為后繼改造擴容打好了基礎。

關鍵詞：PLC，改造，DCS

1.前言

原料罐區為配套大乙烯項目，當時建成四具4000m3的球罐，后因生產需要，又建成6具2000m3的球罐。原料罐區的原料主要是外部采購，由汽車和火車拉運、以及煉油廠管線送來。為乙烯裝置、匯豐公司和樹脂廠提供原料。

2.控制系統現狀

碳五罐區所采用的是西門子的S7-300控制系統，輕烴罐區是西門子的S7-400。碳五罐區的S7-300為非冗余控制系統;輕烴罐區的S7-400控制系統CPU冗余，卡件不冗余。2013年，原料罐區卸車系統改造，新增4臺壓縮機，壓縮機的聯鎖控制由控制柜實現，模擬信號分別進入到碳五的控制系統和輕烴的控制系統并新增1臺操作站。集成商在施工中由于新操作站和原操作站型號不同，重新組態操作畫面工作量大，所以只在新增操作站上對卸車系統的I/O點所涉及到的畫面進行了操作畫面組態，原系統主要存在以下問題：

2.1原控制系統自建設投產10多年一直未對操作站進行過升級改造，操作站故障率高，經常死機，重啟時費時較長，需要多次啟動。

2.2各操作畫面顯示的數據不一致，碳五的操作畫面能看到輕烴的數據，輕烴的操作站看不到碳五的數據;

2.3各操作站的操作畫面不一致，操作畫面的數量也不一樣多，卸車系統改造所上的16：9的操作站和原來的3臺操作站畫面相差太多;

2.4原控制系統沒有電源柜，電源配置亂，系統電源和現場電源混用;

2.5機柜間面積狹小，布置了太多的柜子，且大小不一，不規范，給維護工作也帶來很大的不便。

2.6原系統已無備用點，不能滿足后期改造的需要。

2.7控制系統不統一，卸車壓縮機為繼電器實現的硬接線控制。

3.改造項目的確立和改造方案的確定

為徹底消除控制室存在的安全隱患及儀表控制系統存在的生產隱患，確保工藝操作人員的安全生產和儀表控制系統穩定無故障運行，決定對原料車間控制室進行移位、控制系統進行升級改造。將西門子控制系統和壓縮機繼電器的硬接線控制系統統整合改造為1套控制系統的總體方案，保留壓縮機控制盤上的工藝故障報警燈和緊急停車及故障報警復位功能。

對原料車間儀表檢測點數統計，根據工藝單元確定了現場實際儀表檢測點數AI：128，AO：15，DI：193，DO：125

3.1控制系統的改造方案：

3.1.1新上一套國產DCS系統，所有軟、硬件全部新上。

經過對國產DCS控制系統進行招標，最終杭州和利時的MACS V6.5.2 DCS控制系統成為本次改造新上的控制系統。

3.2 和利時MACS V6 DCS系統有以下優越性：

點對點結構、在線參數同步、強制功能方便可靠、下裝類別無區分、在線增刪模塊、兼容性更高、穩定性高、可靠的控制器和高速的網絡、行業應用豐富、獨特，根據不同的行業建立了不同的行業標準庫、組態簡單容易，并支持多個人員進行同時組態操作。

3.3 儀表信號轉移方案

3.3.1將原控制室作為中間接線端子柜，將所有信號從舊控制室敷設新電纜到新控制室。

3.3.2將原控制室作為中間接線端子柜，將碳五罐區和電氣來的信號從中間接線柜敷設電纜到新控制室，輕烴罐區、壓縮機單元和卸車單元的儀表信號電纜從橋架（匯線槽）抽回輻射到新控制室。

3.3.3在舊控制室外新上10個防爆中間接線箱，將碳五和電氣的信號通過中間接線箱轉移到新控制室，其余電纜從橋架（匯線槽）抽回輻射到新控制室。

設計通過預算比較，方案如下：

儀表信號轉移方案是在原控制室設置中間接線柜，將碳五罐區和電氣來的信號在中間接線柜轉接，輕烴罐區、壓縮機單元和卸車單元的信號將電纜從匯線抽回，敷設到新控制室。

4.改造工作的實施

根據和利時DCS系統1臺控制站的控制規模，本次改造只需要1臺控制站，因此，新的DCS控制系統主要包含六面機柜：控制柜、繼電器柜、安全柵柜、電源柜、KVM柜和信號端子柜。系統結構圖如下：

4.1 DCS系統的安裝及接線

系統柜安裝到新建的控制室機柜間，并同廠家和施工單位一起對機柜間電纜進行敷設和連接后，對系統進行上電調試。首先是通道實驗，其次是PID調節回路試驗和邏輯實驗。所有通道調試合格后進行系統邏輯試驗;原料罐區PID調節回路只有9個回路，但在PLC系統中工藝人員都是手動操作，沒有投過自動，DCS系統中PID調節回路成熟，投用也很簡單。原料罐區的邏輯除了球罐液位高低聯鎖外，就主要是C-1001A/B和C-1001E/F壓縮機的聯鎖，A/B壓縮機的聯鎖在原PLC系統中有成型的;E/F壓縮機的聯鎖是繼電器實現的硬線聯鎖，有壓縮機廠家的硬線邏輯，系統改造的設計也沒有出邏輯圖，需要我們自己根據廠家的硬接線邏輯在DCS內實現。為保證壓縮機操作人員對原C-1001E/F壓縮機的操作習慣，壓縮機原有控制盤的報警、緊急停車、聯鎖確認、試燈和復位按鈕又上了一臺輔助操作臺來實現，這些功能也要在DCS中組態實現。

4.2 DCS組態實現及調試

4.2.1 PID調節功能組態如下圖：

4.2.2 利用MOT2實現C-1001E壓縮機的邏輯組態如下（停車邏輯）：

4.2.3 到輔操臺的壓縮機報警邏輯：

經過仿真調試，各PID塊調節功能、報警、聯鎖的復位試驗及聯鎖功能完全滿足要求，具備了儀表信號從舊控制系統轉移的條件。

4.3 現場信號轉移

原料罐區在整個施工過程中一直在接、送料和卸車，生產廠要求每天轉移的信號檢測點當天要全部在DCS系統中顯示正常，滿足工藝讀取數據和操作，所以在DCS系統完全調試合格后，開始對儀表檢測信號進行轉移，我們的原則是在新系統中接一組點，儀表信號就要正常顯示一個點。

信號電纜需要抽拉回新控制室的任務是需要最先開始的，我們根據每根電纜上的信號多少和信號所在的工藝單元，確定第二天需要轉移的儀表信號，早上在控制室通過再次核定后再開始施工。

因為碳五罐區的控制柜仍在運行，在將儀表信號電纜抽拉至新控制室的同時，相關的電氣信號也要在原端子上連接完成，不然轉到DCS系統中的工藝泵或壓縮機就不能在DCS系統中完全控制，這部分電氣信號又要在碳五的信號轉移完、PLC系統停運，控制柜布置成中間接線柜后進行了二次轉移。

經過精心組織施工，整個儀表信號轉移工作有序進行，沒有引起生產的任何波動。

5.結論

DCS控制系統將原西門子S7-300、S7-400系統和壓縮機繼電器實現的硬接線系統整合在了一套系統內，設置了KVM柜、電源柜、繼電器柜、安全柵柜和端子柜。將系統電源和現場電源完全分開，而且擴大了儀表測量點的容量。為近期正在進行的“乙烯廠原料車間接卸儲存設施優化改造”項目和“乙烯廠汽車卸車靜電導除設施改造”項目做好了前期準備，為罐區擴大生產和提高卸車率提供了更大的方便和安全保障。增加了OPC組態軟件，完成了計量部計量數據上傳工作。

DCS控制系統組態方便、維護較PLC系統簡單，故障率也低，由于是國產DCS，所以維護成本也會低于原PLC系統，維護也容易上手。

工藝操作簡單方便，PID調節回路也容易投用，更有利于工藝生產的穩定。