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    一 裝置概述

    260萬t/a蠟油加氫處理裝置是為提高金陵分公司加工高硫原油能力、改善催化裂化裝置原料品質（使汽油產品能滿足國III標準，降低污染物排放）而建的裝置。裝置設計原料油為沙輕減壓蠟油、沙中減壓蠟油和焦化蠟油的混合油；產品為石腦油、柴油、加氫處理蠟油。裝置由反應部分、分餾部分、脫硫部分和輔助部分組成，共有反應器1臺、加熱爐2臺、塔6座、換熱器24臺、機泵46臺、空冷器17片、各類容器38臺。

    二 HONEYWELL EXPERION PKS系統介紹（見圖一）

    EXPERION PKS(Process Knowledge System)系統是Honeywell公司最近推出的新一代控制系統,它繼承了傳統DOS的優點,同時又融合新的技術突破,是一套比TPS系統更趨完善的控制系統。

    PKS系統基于Windows 2000的服務器, 利用高速動態緩存區采集實時數據,提供報警、顯示操作、歷史數據采集、報表報告等服務功能；HMIWeb技術基于工業標準的html文件格式和Web瀏覽器的訪問界面；基于CEE執行環境的新一代C300控制器；面向對象的組態工具；FTE容錯以太網絡。

    1 主要的硬件部分

    A 控制防火墻（CONTROL FIREWALL）：
    C200控制器、操作站和服務器不能連接到控制防火墻，但是C300控制器必須與控制防火墻連接，控制防火墻通過UPLINK可以連接到交換機上。可以使得廣播信息風暴得到抑制，C300控制器不受上層IP網絡通訊量的影響。

    B C300控制器：
    控制器冗余配置時，采用兩個完全相同控制器，從而可以實現真正意義上的全冗余，基本控制器和冗余控制器之間的同步對用戶是完全透明的,兩控制器完全相同，物理上沒有主副之分，誰先運行誰為主。當控制器故障發生時自動進行切換，切換時間對應用來說是可以忽略不計的。
    每個C300控制器有2個I/O LINK接口和一個CEE。控制器上有FTE地址撥碼開關，可以撥到相應的位置，260萬t/a蠟油加氫控制器地址為131、132；133、134。

    C C系列I/O卡件：
    有HART AI卡、LLMUX卡、HART AO卡、DI卡、DO卡，卡件上有相應的地址跳線開關。

    D 通訊網絡FTE:
    服務器通過專利技術的容錯以太網FTE和控制器通訊，服務器和操作員站之間也通過容錯以太網通訊。FTE（FAULT TOLERANT ETHERNET）是PKS的控制網絡，提供了容錯的特點以及快速的網絡響應，而且提供了工業以太網控制應用的安全性。容錯以太網意味著網絡是冗余配置（物理），但是采用單一網絡結構（邏輯），所以切換速度快可達1秒，它可提供比普通以太網更多的通訊路徑，以先進的多路由選擇替代雙網結構的傳統冗余模式網絡，FTE節點之間有4條路徑。

    2 軟件部分 

    A 控制策略的組態軟件（Control Builder）：
    可以創建C300控制器和相應C系列的卡件。Control Builder組態全部采用圖形化的工具，系統的控制程序是以CM（控制模塊）為基本單位，可以單獨從控制器中上裝、下裝。每個CM有自己的控制周期，這個周期必須為CEE(控制執行環境)周期的倍數，CEE周期有5ms,50ms兩種，我們在工程中就用50ms的CEE。

    B 系統服務器的組態軟件：
    用于過程實時數據采集、操作、趨勢、報告、打印、事故報警等功能的服務器軟件，它基于Windows 2000 SERVER設計，系統的所有組件集成為一體。當用戶創建的控制策略下裝時，相應的數據同時自動下裝到控制處理器和系統服務器數據庫中，在服務器數據庫中自動建立每個組態生成的模塊（CM、SCM、IOM等）所對應的點，控制器和PKS服務器使用統一的位號點名稱。本項目中Experion PKS過程系統的服務器是冗余配置的，以提供更高等級的可靠性。 系統服務器的組態軟件還包含以下組態軟件：

               

                                  圖一 260萬t/a蠟油加氫PKS系統拓撲圖


    B-1 Quick Builder 系統資源組態軟件：
    組態系統硬件，例如FLEX操作站、打印機、第三方控制器中相應的標準點。
    B-2 Enterprise Model Builder 企業模型組態：
    組態和分配Asset。定義每個操作站對Asset的操作權限，從而規定此站的操作工對過程操作的權限。

    C 流程圖繪制軟件HMIWeb Display Builder：
    PKS的人機界面采用HMIWeb技術。HMIWeb使用HTML作為用戶顯示畫面格式，可通過操作員站（Station）環境或IE瀏覽器來顯示和操控過程顯示畫面。系統還提供了大量的標準顯示畫面：菜單導航、報警匯總、事件匯總、趨勢、操作組、點細目、系統狀態、回路調節、診斷和維護、匯總等。

    三 控制方案在EXPERION PKS系統上的實現

    1 I/O點數統計

    根據系統監控要求，260萬t/a蠟油加氫PKS系統要檢測和控制的點的數量（I/O點），為AI 447點、AO 136點、DI 96點、DO 68點、TC 144點、RTD 64點。 此外，ESD系統、MTL多路溫度采集器、機泵運行狀態、3500系統，分別都需要和PKS通訊，在DCS系統進行顯示，共計523個通訊點。

    2 硬件配置

    根據I/O點數及裝置的監控要求，考慮備用余量，配置了一對控制防火墻，兩對冗余控制器，4個C系列I/O機柜和一個網絡柜。一對冗余的服務器，一臺FLEX工程師站，4臺CONSOLE操作站。兩臺CISCO交換機和兩臺作為TERMINAL SERVER的MOXA SERIAL NPORT 5630-8。

    3 系統組態、安裝調試

    3.1控制策略組態(控制器內程序)

    根據前面設計部門給出的硬件配置，在機柜中確認所有的I/O卡件位置以及地址，分配好所有的I/O點通道，建立從機柜-卡件-通道的臺帳，以便隨時查到相關信息； 然后在Control Builder程序中，創建兩對C300控制器，分別添加相應的I/O卡件 ，再將所有卡件分配到對應的控制器中；新建各種CM，然后將I/O通道塊分配定位到I/O卡上；下裝控制器、I/O卡、CM點，聯機調試。
具體的特點:

    A各種控制點的控制周期選擇：
    DCS和PLC的一個區別是DCS控制點的運算周期是可以預先確定的，而PLC一般無法預先確定。 我們常用的周期是：模擬采集CM為1秒，數字采集CM為0.1秒，模擬控制回路CM為0.5秒，數字控制CM為0.1秒，順序控制SCM為1秒。確定每個CM的周期可以清楚的知道每個控制策略的反應時間，既不浪費系統資源，又保證系統的處理速度。每個CM還有一個相位的問題，共有40個相位可選，這樣可以確保在任何時間內的CPU負荷平衡。

    B 數字控制回路DEVCTLA：
    也就是兩位式的閥門控制，有兩個閥門回訊DI信號，指示閥門全開、全關；一個輸出控制DO信號，根據回訊信號，可以判斷出閥門可能的四種狀態：全開、全關、運行中、故障。 當開閥信號發出后，經過時間T1，開回訊信號沒來，或者當關閥信號發出后，經過時間T2，關回訊信號沒來需要報警。

    C 原料油過濾器的SCM程序：
    260萬t/a蠟油加氫采用的是溫州海米特公司的ZFG-Ⅱ型自動反沖洗過濾系統，過濾器流程見下圖三。 裝置設有A、B、C三個過濾容器，工藝操作時，運行方式可以選擇是交替模式（兩開一備）或者并聯運行模式，初始狀態下所有自控閥門處于關閉狀態。 

                 

    本過濾器的所有控制閥及儀表為32個，其中21個控制閥、8個液位開關、1個壓力變送器、1個差壓變送器、1個液位變送器，為了保證產品質量，保證運行的可靠性，每個控制閥都配有回訊器，使得程序控制系統能夠隨時監控閥門的工作狀態。每個過濾器上的7臺閥門分別是：XCV1061原料進口閥，XCV1062原料出口閥， XCV1063下排氣閥，XCV1064上排氣閥，XCV1065進氣閥，XCV1066快排閥，XCV1067柴油進口閥。

    該過濾系統的交替或并聯運行模式選擇，自動反沖程序，柴油浸泡反沖程序以及各個過程中閥門動作的時間和先后順序都是用PKS系統的SCM編寫的順控程序自動執行的，其中包括主程序MAIN以及HANDLER：START、HOLD、RESTART、INTERRUPT，編寫調試應用后效果很理想。

               

                                    圖三 ESD系統到PKS系統的數據值的轉換

    3.2 第三方控制器通訊點的組態

    在MOXA SERIAL NPORT 5630-8中設置Baud Rate、 Parity Check 、Data Bits 、Stop Bits以及Serial Interface:RS-485 2-Wire。

    在Quick Builder中建立Channels,設置Terminal Server、 Modbus RTU；再建立Controllers,設置Data Table類型：Digital Output、Digital Input 、Input Register 、Holding Register；最后建立Points,設置PV Source Address, Point Id填寫在DCS操作站中該通訊點調用顯示的位號。

    以上的通訊參數設置必須和第三方系統即ESD系統、MTL多路溫度采集器、機泵運行狀態系統、3500系統中的設置一致，而且數據類型及相應的地址必須正確。

    另外在建立Points時PV Source Address的設置格式：ESD系統為ESDCONMOD1 10（DO點） ，ESDCONMOD2 100（DI點），ESDCONMOD3 11 AI150（AI點），ESDCONMOD4 1 AI100（AO點）； MTL多路溫度采集器為MTLCONMOD1 15 U16B（AI點），Range Value為0-6553； 機泵運行狀態系統為LOWMOD1 2（DI點），HIGHMOD1 2（DI點）； 3500系統為3500MOD1 5001 U16B這種樣式。 其中AI150是ESD系統到PKS系統的數據值的轉換，見圖三。

    3.3 流程圖畫面組態

    用HMIWeb Display Builder程序繪制工藝流程圖，然后在Station中進行歷史數據采集、操作組、趨勢組、、報告以及安全性等的設置。 PKS系統提供了大量的標準顯示畫面，除了需要繪制工藝流程圖，像報警、歷史數據等其他功能顯示界面，不要再進行圖形繪制，系統是標準化的，只填入參數即可。

    3.4 安裝接線

    260萬t/a蠟油加氫PKS系統采用C系列的I/O，共有4個控制柜和一個網絡柜，從安全柵柜過來的信號線接到卡件的接線端子上，其他需要連接I/O LINK 電纜和29根網絡線。其中一定要注意，兩臺交換機之間的級聯線是CROSS OVER CABLE，另外網絡線的顏色是黃色FTE A，綠色FTE B。

    四 小結

    EXPERION PKS系統在260萬t/a蠟油加氫處理裝置是第一次應用，在裝置開工使用過程中經過了大量的調試、修改完善，完全滿足了工藝車間的操作要求，目前系統已經經過了長時間運行的考驗，工作穩定，組態方便，功能強大，保證了裝置的安全穩定運行。