計算機監控系統的搬遷及升級改造

楊 躍

(云南大為制氨有限公司電儀中心，云南 沾益 655338)

云南大為制氨公司50萬t/a合成氨裝置于2008年5月建成投產，生產操作控制主要集中在鍋爐島中控室與氣化合成中控室兩個操作室。原操作室由于距離生產裝置比較近，為了改善操作人員工作環境，保障操作人員的安全，公司決定對這兩個操作室進行搬遷，即將計算機監控系統移動到相對安全的位置。

計劃利用生產裝置短停檢修時間，對中控室合成氨裝置、煤氣化裝置、空分裝置、鍋爐島裝置所有操作站和輔操臺，以及相應的視頻監控系統、PLC監控系統進行搬遷改造，將合成氨操作室和鍋爐島操作室將搬遷到新的控制室。為此，制訂操作室搬遷方案時，根據DCS系統的運行中存在的問題、DCS升級換代情況，以及公司生產發展需要，對監控系統搬遷改造方案進行討論研究，嚴格控制投資成本，不斷優化和完善搬遷改造方案。在2019年3月系統停車檢修期間順利完成了搬遷改造工作，提高了監控系統的性能，延長監控系統的生命周期。

1 監控系統搬遷設計與優化

由于計算機監控系統機柜間控制站搬遷投資巨大(僅電纜費用就要上千萬元)，工作任務重(有上萬個儀表信號電纜要敷設、接線)，需要的安裝調試時間長(至少要一個月時間)，最后決定只搬遷計算機監控系統的操作站和輔操臺，控制站仍然保留在原來的機柜間，這樣就可以大大減少工作量和投資費用。主要搬遷改造工作如下：

1)供電電源和網絡通信[1]

網絡通信和供電電源供電采用雙路冗余系統，且通過不同的電纜電橋架從不同的方向引到新的控制室，保障通信和電源安全。當一路出現故障，系統仍能正常工作。

在新中控室安裝設置新的電源柜和網絡通信柜，鍋爐島新中控室距離老中控室有 100 m 左右，距離比較近，鍋爐新中控室供電由原UPS提供，分別從兩個UPS電源分配柜引起新中控室電源柜。合成氨中控室距離老中控室大約有 500 m ，距離遠，要經過生產裝置區。為了保證安全，由電氣供出兩路市電分別到新中控的兩臺UPS，再到電源柜。電源柜到各個操作站采用雙電源供電。

網絡柜在新老操作室各安裝一組(其中合成中控新老操作室各2臺，鍋爐島新老操作室各一臺)，DCS使用4根8單模光纖分兩組分別從不同線路的橋架連接，ESD/ITCC/DEH使用2根8單模光纖分兩組分別從不同線路的橋架連接，可保證一根光纖故障或者一臺交換機故障不影響系統的正常運行。DCS、ESD/ITCC、視頻監控、PLC、DEH等控制系統通訊也通過網線連接到老控制室網絡柜交換機上，然后通過光纖連接到新控制室網絡柜內交換機上，再通過交換機用網線連接到各個操作站。

2)DCS雙屏操作站安裝設計

橫河DCS在增加雙屏軟件包授權后，一個操作站電腦主機可帶兩個顯示器，通過鼠標操作不同的監控畫面。

合成中控操作室原來氣化DCS操作站有8臺，合成空分5臺，兩洗變換4臺。為了方便操作人員對重要工藝數據的監控，提高工作效率，減少關鍵崗位操作人員的數量，在新操作室內設計采用雙屏監控。

通過討論確定氣化操作站設置6臺雙屏操作站，空分合成設置4臺雙屏操作站，變換兩洗設置4臺雙屏操作站，DCS操作站電腦數量減少了3臺。鍋爐島DCS操作站原有14臺，改為雙屏操作站后，搬遷后配置了9臺雙屏操作站，減少5臺操作站電腦。多余的操作站用作新工程師站或者備用。

3)ITCC/ESD操作站

ITCC/ESD 3套系統共用兩對冗余網絡交換機，實現數據共享。操作站增加網卡，采用雙網卡冗余通信，提高系統可靠性。

4)輔操臺

輔操臺主要用于關鍵設備的聲光報警和緊急停車，由于輔操臺移至新中央控制室，輔操臺與系統之間使用的是硬接線方式。因此，新中央控制室至原系統機柜間需新敷設信號電纜用以連接輔操臺。為了保證在緊急情況下，系統能正常的停車，設計采用了雙線路，一路走空中，一路走地下。聲光報警和運行停車通過端子并接在起，緊急停車按鈕則采用獨立的兩個開關分別進行系統，只要任何一個開關按下動作，系統就會自動停車。

5)視頻監控系統

視頻監控系統由新控室安裝的大屏幕進行集中顯示，大屏幕由24個50英寸的無邊液晶顯示屏組成，由大屏幕控制矩陣控制，可輸入8路HDMI信號，24路HDMI輸出到液晶屏。在操作臺內安裝兩臺海康威視4200一體機，通過光纖網絡將原操作室內兩臺硬盤錄像機視頻信號投到大屏幕上進行顯示。左側12個液晶屏由氣化分廠操作控制，右側12個液晶屏由合成氨分廠操作控制[2]。

6)PLC操作站

主要有電除塵PLC、輸灰PLC、DEH、煤氣化振打器PLC

煤氣化振打器PLC監控原來采用的是觸摸液晶屏，為了實現遠程監控操作，將CPU模塊更換為帶以太網接口的CPU模塊，在新中控安裝一臺電腦及WINCC FLEXIBLE 軟件進行遠程監控。

7)有毒有害氣體監控站

原系統采用MSA SUPRMA 控制器通過CAN總線轉換為RS485串行信號，一路到DCS，一路到上位機。由于REMACAN總線轉換器故障不能正常通信，在銳馬控制器上增加了一塊帶以太網口的通訊卡，將上位機通訊修改為MODBUS TCP/IP通訊。監控站搬遷到新中控室后，采用光纖網絡進行通訊，聲光報警與確認復位按鈕通過一根8芯電纜進行連接到新中控操作臺。

8)鍋爐島汽化輪發電機DEH 操作站。

2 監控系統升級改造與優化[3]

2.1 合成裝置控制器升級

合成裝置有監控站9套，其中FCS0110站使用的是AFV30D控制器，其他8套均為AFV10D老控制器。由于DCS控制器AFV10D已停產，新上項目均采用AFV30D，AFV10D控制器已難以購買，即使買到，價格也比AFV30D還要高。AFV30D作為AFV10D的升級替代產品，性能上有了較大的提高。而現有AFV10D控制器由于使用時間長，故障率較高。

本次升級將合成現有AFV10D控制器更換成AFV30D控制器，以及對應的授權由VP6F1550更換成VP6F1750授權。更換下來的AFV10D有兩套作為氨庫區、硫回收遠程IO點升級改造，其余的可作為鍋爐島DCS系統的備件。

2.2 遠程IO站的改造

氨庫和硫回收之前采用遠程節點同軸電纜的方式，同軸電纜是橫河上一代淘汰的遠程節點模式；

同軸電纜的缺點：一是不便于維修，電纜某點出現問題，整根電纜都需要更換；二是同軸電纜遠程模式是通過交換機光電轉換模式，中間環節多，容易出現通訊問題，且同軸通訊設備不通用；

氨庫和硫回收利舊采用橫河AFV10D控制器改造優點：

1)增加控制器，減少了原合成工序控制器的監控負荷。

2)將遠程IO站變成本地FCS獨立的控制器，為以后氨庫和硫回收擴容建設提供便利(1個FCS可外接13個NODE)，光纖通訊方式路徑簡單，運行更穩定，光纖結構通訊設備與在用其它FCS的通訊設備通用。

3)采用利舊AFV10D控制器改造，增加了系統的可用性，擴容性，穩定性，還節約建設成本。當通訊出現故障時，本地控制器可以獨立工作，不影響生產控制，保證了硫回收和氨庫監控系統的可靠性。

氨庫裝置原始配置：遠程節點ANR10D 2套；硫回收裝置原始配置：遠程節點ANR10D 3套；主要改造內容：

1)氨庫裝置現改造

控制器機架AFV10D 1套(利舊)；本地節點機架ANB10D 1套(新增)；通訊電纜YCB301 2根(新增)；通訊卡EC401 2塊(新增)。

2)硫回收裝置現改造

控制器機架AFV10D 1套(利舊)；本地節點機架ANB10D 2套(新增)；通訊電纜YCB301 4根(新增)；通訊卡EC401 2塊(新增)。

2.3 雙屏顯示器改造

為了方便操作人員對重要工藝數據的監控，提高工作效率，減少關鍵崗位操作人員的數量，在新操作室內設計采用雙屏監控。橫河DCS在增加雙屏軟件包授權后，一個操作站可帶兩個顯示器，通過鼠標操作不同的監控畫面。

1)合成氨新增

雙屏授權軟件包：VP6H4600 14套；雙屏支架： 20套；顯示屏：(16∶9) 21.5 LED 10臺。

2)鍋爐新增

雙屏支架：9套；顯示屏：(16∶9) 21.5 LED 9臺。

2.4 鍋爐島溫度聯鎖系統改造

鍋爐裝置1-4號爐溫度RTD信號、TC信號是由現場PT100及熱電偶直接進橫河端子板MRT及AET4D在上卡件的。由于長期使用，RTD熱電阻信號因線纜接頭老化及松動致使測量阻值發生變化，從而在DCS畫面上顯示的并非現場真實數據；而TC熱電偶信號是毫伏電壓信號，在現場的復雜環境下，極易產生波動；而且橫河RTD卡件故障率高，發生故障后溫度指示不可控，極易造成聯鎖動作停車。因此，通過討論決定，現將帶聯鎖的溫度點進行改造，改為經過溫度變送器轉換成4～20 mA 電流信號再進DCS系統，并對溫度變送器進行組態，出現故障時輸出最小或最大，不會引起聯鎖誤動作。

首先在老端子柜內安裝導軌和隔離型安全柵，安全棚供電采用導軌供電，將原帶聯鎖的溫度點從端子板拆除，接入隔離型溫度安全柵，轉換為4-20 mA 標準信號后，再由32芯專用纜連接到模擬量輸入卡AAI143上。

改造后信號連接方式如圖1。

圖1 溫度信號連接 量圖

3 結語

在2019年3月到4月份全廠停車檢修期間完成了鍋爐操作室、合成氣化操作室的搬遷及DCS控制系統的升級改造工作。投入運行至今，計算機監控系統穩定可靠，為生產長周期安全運行提供保障，目前裝置連續運行已超過了一百多天。

通過完成這次監控系統搬遷和改造，得到很多的收獲，對下一步聯堿自動化儀表及控制系統進行升級改造和氨庫SIS儀表改造提供了豐富的經驗。

為了充分利用裝置短停進行升級改造，盡可能少的影響裝置開停車時間，提出如下建議：

1)在裝置停車前，需要完成電纜橋架、電纜、光纖的敷設，UPS及電源、網絡及交換機安裝調試、輔操臺及開關按鈕內部接線，查出校對好線并套上線號，接上新輔操臺側的線，連通新操作室光纖網絡，實現網絡通訊。

2)在裝置停車時，按圖紙拆除機柜內舊的輔操臺信號線，接入新的信號線。軟件的修改及下裝必須在裝置停車時完成，在開車后盡量不要再去修改下裝監控軟件。

3)完成接線后，在開車前必須進行聯鎖調試并做好調試記錄。

4)隨著時代的發展和科技的進步，監控系統軟件和硬件也在不斷的升級換代。監控系統軟件與硬件均有一定的使用壽命和生命周期，可通過升級改造以提高系統的可靠性和穩定性，減少和避免故障的發生，為工廠安全生產提供保障。