摘要：在介紹開放型集散控制系統CS3000的基礎上，重點對CS3000控制系統在第二氣體處理廠2．5萬t／年輕烴深加工裝置中的特點、功能及應用進行了闡述。 關鍵詞：CS3000；控制；組態 中原油田天然氣處理廠第二氣體處理廠2．5萬t／年輕烴深加工裝置是采用優質穩定輕烴為原料，主要生產戊烷發泡劑、高純正戊烷、高純異戊烷、普通6#溶劑油、高標6#溶劑油、120#溶劑油、油漆稀釋劑和苯等具有高附加值的化工產品。工程由天津．天辰化學工程設計院設計，其中自控系統采用先進的DCS控制系統—— 橫河CS3000。裝置僅用了十天的時間實現了從投料試車到流程全部貫通，生產出了全部合格產品，創造了同類裝置投料試車成功的最短時間記錄。這無疑得益于調試人員豐富的經驗以及裝置先進的CS3000 DCS控制系統。 [b]1 CS3000系統 1.1 CS3000系統概述[/b] CENTUM CS 3000是日本橫河電機公司（YOKOGAWA）推出的用于中、大型過程控制的集成化系統，系統集最新技術和橫河經驗知識為一體，實行具有松藕合的多機處理，實現了硬件的積木化，軟件的模塊化。在Vnet控制總線基礎上，增強了CENTUM CS系統的功能性、靈活性和可靠性。它的人機接口（HMI）采用普通的PC機，以中文win—dows NT4．0為操作系統。采用OPC和DDE API作為標準接口，同時也提供了與UNIX系統及其它系統的通訊，使得上位機系統和生產過程數據的訪問更加容易，從而保證了過程控制的更加可靠、迅捷與靈活。 1．2 工程CS3000系統硬件配置 根據裝置的規模，2．5萬t／年輕烴深加工裝置DCS控制系統共設計了1個FCS（控制站），4個HIS（操作站），其中一個兼作工程師站，負責組態和系統維護。 現場控制站FCS是系統中直接與現場打交道的I／O 處理單元，采用RISC CPU，具有ECC的RAM。現場控制站的核心部分為現場控制單元。FCU，FCU中電源卡、節點通訊卡以及CPU卡均為冗余配置。I／O接口和遠傳輸入輸出總線RIO也為冗余配置。 2 CS3000系統主要特點 處理數據時，CPU、控制總線、RIO總線交替使用工作，對數據進行出錯檢驗和信息通道故障判斷、擁擠情況等處理；若檢驗結果正確，按時間順序等方法擇優獲取冗余的兩個數據包中的一個，而濾去重復和錯誤的數據包。而當某一條信息通道或CPU出現故障，另一條信息通道或CPU將負責整個系統的工作，仍然正常運行。并且兩臺控制器同時出故障的可能性幾乎為零，這樣就避免了因控制單元硬件故障而系統停運。 I／O卡件的選擇可以選擇單點卡或多點卡。對于重要的帶調節的控制回路，均采用了單點卡，其優點是，一旦該卡件出現故障，只會對該點單條回路造成影響，而不致影響其它回路的調節，這樣就減小了對整個裝置的影響。對于裝置上只作顯示而又不作調節的參數，我們選用了多點卡，這樣在成本的支出上又節約了很多。同時，所有卡件均具有熱插拔功能，可隨時進行更換，十分方便。 強大的自診斷功能，無論是操作站還是控制站的硬件構成，均可從操作站上觀察而得到。此外從操作站還可以隨時看到CPU空閑時間，操作站和控制站風扇狀態，電池狀態以及I／O卡件的好壞等等。一旦出現系統硬件故障，系統報警信息馬上就會給出提示，維護人員可根據其所提供的詳細的錯誤類型標識迅速查出錯誤原因。 現場控制站FCS現場變送器來的4～20mA電流信號、熱電偶、熱電阻及設備運行狀態的開關量等信號，送到控制站每個單元卡件上，CS系統把每個單元卡件每個節點的信號經RIO總線，把信號送到現場控制站中的現場控制單元FCU中，經過CPU運算處理，把信號經過雙重化實時數據總線V—NET，傳送到操作站上，在操作站可對各工位參數進行監視和控制。 3 系統的組態 CS3000系統充分利用windows NT的優點，具有非常好的人機界面，同時也提供了對雙字節漢字的良好支持，這樣，整個系統組態內容的提示、標注，均可用漢字來描述。不但有益于系統的穩定性，也大大方便了操作人員的使用。 [b]3．1 實時監控 3．1．1 工藝流程數據監控[/b] 在本裝置中，需要監控的主要有壓力、溫度、液位、流量四大參數以及設備的運行狀態，在此可定義參數的量程、工程單位、精確度等內容，操作人員通過流程圖畫面可實時監控整個生產過程，對整個系統所有參數的變化進行調整。 3．1．2 實時報警 對每一個數據塊點都設置了下限、下下限、上限、上上限報警值，一旦采集的數據超過了規定的限值，就會發出聲光報警來提醒操作者，直到被確認。與此同時，系統自動把報警記錄的開始時間、終止時間、持續時間等轉存到報警歷史數據庫中，供操作者將來查看。 3．1．3 實時趨勢曲線圖 實時趨勢曲線功能主要提供操作者監控參數變化趨勢的功能。我們在每一幅流程圖上針對幾個關鍵控制點都做了實時趨勢曲線圖。使操作人員能夠直觀的通過曲線的變化來判斷參數的波動幅度，從而進行相應的調整和判斷。 [b]3．2 數據查詢 3．2．1 歷史數據查詢[/b] 通過選擇適當的數據點及給予其相關的查詢條件，就可查詢該數據點在某一段時間內的所有歷史數據。系統還支持組合條件查詢，即給予一個或多個查詢條件，就可根據所給予的條件將所有符合條件的數據顯示出來，如根據時間、分區、時間間隔等來查詢各點的歷史數據。 3．2．2 歷史趨勢查詢 對歷史數據庫中記錄的所有數據都可以用曲線的形式顯示出來，以供參考和分析。 3．2．3 操作過程查詢 操作人員對參數所進行的每一步調整，包括時間、參數數值的變化，是由哪一臺操作站進行的調整，都會被詳細記錄下來，這樣對裝置參數調整的步驟及方法都提供了一個有力的分析依據。 3．2．4 報表打印 系統提供定時（班報表、日報表等）報表打印，報警打印，歷史數據記錄報表打印等功能。 3．3 控制回路 CS3000的特點是輸入、輸出、控制和運算功能以模塊的形式進行連接組態，就可構成所需的控制回路。其中PID控制模塊是控制回路的核心。它的工作方式可分為MAN（手動）、AUTO（自動）、CAS（串級），并可根據操作需要進行切換。在我們的組態中，考慮到操作工有可能出現誤操作情況，對此，我們針對一些比較重要的調節，比如手動、自動的切換，設備關停的控制，當點擊操作按鈕后，系統會彈出一對話框，提示再次確認這次操作。 3．3．1 比例調節回路 在采用萃取精餾的6#油系統中，針對進料流量，一個穩定的萃取比才能保證系統的平穩性，產品質量才有保障。因此，采取比例調節模塊，并設定好比值，在進料流量發生變化時，萃取劑的流量也按相應的比例進行自動調整。 3．3．2 串級調節回路 塔壓力是裝置運行平穩的關鍵，而影響塔壓最大的就是熱負荷的變化。對此，為了保證塔壓的穩定，我們采取了串級調節模塊，壓力作為主路信號輸入，熱油流量作為副路信號輸入，當壓力變化時，熱油調節閥便進行相應的調整，從而保證壓力的穩定。 3．3．3 順序控制 CS3000中的順序控制一般由兩種方式實現，即順控表和邏輯圖表，它們能使現多種條件下的批處理運算，來實現一般調節回路無法實現的功能。下面所提到的設備控制就是充分利用了這兩種模塊的功能。 [b]3．4 設備控制 3．4．1 設備運行狀態指示[/b] 對每一臺運行設備的啟停狀態都進行了定義，當運行時顯示的顏色為黃色，停運時為紅色。使操作人員十分直觀的了解到該設備的運行狀態。 3．4．2 低液位泵鎖停控制 在以往的生產中，曾發生過由于儲罐液位過低，巡檢人員未能及時發現，造成泵抽空軸承燒毀的情況。這樣不但對設備造成了損壞，而且也是一個非常大的事故隱患。針對這種情況，我們定義了低液位泵鎖停。當塔釜、回流罐、儲罐的液位低于5 后，采出泵自動鎖停，同時，泵控制面板上有“lock”字樣顯示，只有當液位恢復到5 以上后，才能自動解鎖。這樣做對設備的安全運行無疑又加了一道保險。 3．4．3 設備關停控制 所有運轉設備均可從操作面板上進行關停操作，這是考慮到在一些緊急情況下，操作人員來不及跑到裝置區而采取的應急關停操作。同樣，出于安全角度的考慮，所有被關停的設備，包括鎖停的設備，均不能再從室內進行開啟操作，這是為了防止在啟動設備時，操作人員不再現場，而發生意外事故。因此，所有運轉設備的開啟只能從裝置現場進行。 3．4．4 維修掛牌 當設備維修時，可在其控制面板上定義警告信息，如：“設備維修”，“禁止使用 等字樣，以此來對操作人員進行警示，防止誤操作。同時，為了防止有人隨意改變，可定義掛牌人和摘牌人的不同權限。 3．5 系統在線下裝與組態 CS3OOO系統具有在線下裝功能，由于CS3000是冗余的，因此當更換卡件或對組態內容修改時，不必對系統進行停機或重啟，只需將工作的FCS的冗余部分啟動就可以對所修改的部分進行在線下裝，并由系統自檢無誤后即可使用，而且速度非常快。這樣既不影響整個系統的運行，也不會對生產的平穩運行造成影響。當組態內容有錯誤時，系統下裝后會提示詳細的錯誤信息，方便組態人員進行修改。 3．6 系統測試 系統測試功能的目的是對系統的組態進行仿真，可提前發現問題。CS3000系統不同于以往的過程系統測試，它是利用PC機建立虛擬的現場控制站（FCS），直接在PC機上對操作、監視功能和控制功能等一系列工程師功能進行檢測、調試操作。當整個集散控制系統投入現場運行之前，利用系統測試功能對各個組態器生成的操作監視功能和控制功能進行檢驗、過程參數的預整定以及控制方案可行性的預測，確保工程組態內容的正確率，減少不必要的錯誤，為集散控制系統的正式投運和現場調試提供有價值的信息；此外，利用系統測試功能，可以隨時對生產過程的控制方案進行修改或實施先進的控制方法，待測試可行后再下載到實際的FCS，從而不影響整個生產過程。 4 結束語 CS3000系統功能非常強大，不僅為用戶提供方便的組態界面，監控界面，而且還有豐富的圖形顯示，數據管理，歷史數據存儲等功能，是用于化工系統理想的DCS系統。該系統自投入運行以來，穩定可靠，在線修改和調試方便，確實給操作人員和維護人員帶來很大的方便，在高產穩產，降低能耗和安全環保等方面發揮很大的作用，同時為進一步油氣深加工自動控制的使用打下良好基礎。