自控率監控在煉化企業的實現與應用

華強

摘要：本文介紹了利用過程控制系統DCS、生產運行系統MES相關功能，實現了實時計算各裝置及全廠的自控率，并利用MES系統的平穩率監控功能對自控率進行平穩率的監控及統計，為煉化企業裝置自控率的在線監控與考核提供了實現方法，促使裝置提高自動控制應用水平，從而提升裝置效益。

關鍵詞：DCS;MES;實時監控;自控率;平穩率

1引言

隨著先進控制系統（APC）的深入建設與應用，要求企業盡可能地提高裝置自控率，裝置自控率高，先進控制系統的作用才能顯著地體現出來，裝置自控率已成為衡量裝置操作管理水平高低的指標之一，也是先進控制系統能否穩定運行的關鍵。因此對裝置自控率的在線監控及考核成為企業較為迫切的需求。

煉化企業裝置過程控制系統以DCS系統為主，各控制回路在DCS系統中均有實時的回路狀態參數，用以標記回路實時狀態，但傳統煉化企業各裝置DCS系統型號、品牌多樣，各裝置DCS系統大多是相互獨立的系統，僅依靠DCS系統大多煉化企業無法完成全廠自控率的計算與監控。

生產運行系統（MES系統）是煉化企業生產運行管理層面的核心系統，其功能涵蓋了實時數據庫、平穩率監控等許多功能，其生產運行管理方面發揮了巨大作用。MES系統的實時數據庫子系統可以將各裝置過程控制系統數據實時進行采集，將全廠各裝置生產數據集中到一個統一的平臺中。

利用過程控制系統DCS，配合MES系統實時數據庫功能，可以在MES系統實現各裝置及全廠自控率的在線計算與監控。利用MES系統平穩率監控功能，對各裝置自控率設定監控目標，自動監測自控率達標情況，統計裝置自控率的平穩率，為考核提供數據支持，促使基層裝置不斷提升自動控制水平，從而提升裝置運行效益。

2 自控率數據在線采集與計算

2.1 DCS系統控制回路狀態參數標準化

煉化企業裝置控制回路分為簡單PID控制回路以及復雜控制回路，如串級控制回路、比值控制回路、選擇控制回路等等。在控制系統中，控制回路投自動控制時狀態為自動，復雜回路投自動控制時其參數也有對應的狀態，如串級控制狀態等等，而當控制回路處于手動控制時，回路狀態均為手動。在不同品牌的DCS系統中，自動控制狀態、復雜控制狀態、手動控制狀態對應的值可能不一樣，如自動控制狀態，有的DCS系統標記值為A，有的標記值為AT等等，為便于MES系統進行數據采集與自控率的計算，在DCS系統中對每個控制回路的狀態參數進行標準化處理。

1） 為每個控制回路建立回路狀態計算位號（參數），位號結果值為0或1，0代表控制回路處于手動控制狀態，1代表控制回路處于自動控制狀態。

2） 控制回路狀態計算位號的值，根據控制回路所處狀態實時計算，在DCS系統中可通過邏輯判斷計算來實現。

3） 將新位號參數下裝到DCS系統的OPC服務器中，MES系統將通過OPC服務在線采集控制回路狀態數據。

2.2 控制回路實時狀態數據采集

MES系統實時數據庫由實時數據庫服務器集群、數據采集緩存機（BUFFER機）及安全防護設備如防火墻、隔離網閘等組成，某煉化企業MES系統實時數據采集架構示意圖如圖1所示。

DCS系統通過OPC接口的方式對外提供實時數據，OPC接口在DCS系統中以OPC服務器的形式存在。MES系統實時數據庫采用BUFFER-SHADOW結構進行數據采集。BUFFER機作為OPC客戶端從OPC服務器獲取控制系統的實時數據，然后通過生產網將采集到的實時數據傳輸到實時數據庫服務器（SHADOW）中。通常，BUFFER機部署在OPC服務器所在地，SHADOW部署在企業管理網段。當BUFFER機和SHADOW服務器之間網絡發生故障時，前端BUFFER機實時數據采集無影響，當網絡恢復后數據可以從buffer機續傳到SHADOW服務器中，保證數據的完整。在OPC服務器和BUFFER之間通過隔離網閘實現數據單向傳輸，保障控制系統安全。同時，在生產網和管理網之間通過防火墻進行加固隔離，加固生產網安全。

數據采集時在MES系統實時數據庫中建立與DCS系統控制回路狀態位號一一對應的位號來采集控制回路實時狀態數據，由于在DCS中進行了標準化處理，MES系統實時數據庫配置的位號采集到的控制回路狀態值為0（手動控制）和1（自動控制），極大方便了MES系統中自控率的計算。

2.3自控率的計算

1） 單裝置自控率計算

單裝置自控率計算公式如下：

[單裝置自控率=裝置投自動的控制回路總數裝置總回路數*100%]

對于煉化裝置，裝置總回路數一般是固定數據，根據公式，計算出該裝置投自動的控制回路總數即可計算裝置自控率。裝置投自動的控制回路總數可以通過該裝置所有控制回路狀態位號值進行加和計算得出。實施過程中，對每個裝置在MES系統實時數據庫中建立2個虛擬計算位號，分別用于計算裝置投自動的控制回路數和裝置自控率，并在虛擬位號中配置相應的計算公式，即可利用實時數據庫實時計算每個裝置投自動的回路總數及裝置自控率。

2） 全廠總自控率計算

全廠總自控率計算公式如下：

其中， 全廠裝置投自動的控制回路總數可通過各個裝置投自動的控制回路總數位號加和計算得出，全廠裝置總回路數一般為固定值。在MES系統實時數據庫中建立相應的計算位號，配置計算公式便可自動計算全廠總自控率。

對于全廠總自控率，有時需要將某些停工的裝置排除在外，需要在裝置停工時手動去更改計算參數，將計算公式中某個裝置的投自控的回路數和總回路數給去掉，這就引起維護不及時，計算結果不能正確反映實際自控率的情況。在實際實施過程中，可通過增加相應的邏輯判斷來確定裝置的開停工狀態，然后在計算時將該裝置數據剔除掉。