Experion PKS系统在净化装置中的应用

ExperionPKS系统在净化装置中的应用

崔守志1,胡景旭2

(1.中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司,内蒙古包头　014010;2.中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司,辽宁葫芦岛　125000)

摘　要:本文通过以霍尼韦尔的ExperionPKSC300控制系统在神华包头煤制烯烃项目净化装置

中的成功应用为例,详细介绍了此系统的系统结构和配置方案,并对日常维护中遇见的问题及处理方案

进行了举例说明。结果证明霍尼韦尔的ExperionPKS是一套稳定可靠、功能强大及性能先进的集散控

制系统。

关键词:煤化工;ExperionPKS;控制系统

中图分类号:TQO56.8∶TQ522.6 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—

0030—03

神华包头煤制烯烃项目,于2010年9月一次投

料成功并投入生产,次年实现年产50万吨聚烯烃产

品,总投资170亿元,是迄今为止经国家核准的唯一

的煤制烯烃项目,也是世界首套煤制烯烃工业化生

产的示范基地。项目建设规模:180万吨/年粗甲醇、

60万吨/年甲醇制烯烃、30万吨/年聚乙烯、30万吨

/年聚丙烯、10万吨/年C4、2.5万吨/年C5、2万吨/

年硫磺、4套6万立方米/小时空分制氧、3套480吨/

每小时蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工

程等。核心技术采用洛阳设计院和大连化物所共同

研制具有自主知识产权的甲醇制烯烃技术。净化装

置隶属神华包头煤化工分公司甲醇中心,分别由变

换、低温甲醇洗、冷冻三个单元组成,共有两个系列,

低温甲醇洗采用林德技术,购买林德工程公司的

PDP。装置[1]的主要任务是处理来自上游气化装置

的粗水煤气,脱除变换气中的酸性气体CO2、H2S和

COS,以满足后续甲醇合成装置的进料需要,处理生

产装置产生的过程冷凝液并加以回收使用。装置采

用的控制系统为Honeywell公司推出的基于过程知

识系统的ExperionPKS系统[2],它将人员与过程控

制、经营和资产管理融合在一起。采用标准的人机接

口开放性的网络结构,整个系统性能稳定,人机界面

友好,组态简单,维护调试方便[3]。

1　系统介绍

项目采用的是联合控制室(UCR)和现场机柜间(FRR)相结合的配置方式,原则上生产装置的

DCS控制系统的操作站都设置在相应的联合控制

室,工程师站设置在相应的现场机柜间,所有现场仪

表信号都传送到现场机柜间,再从现场机柜间送到

联合控制室,从现场机柜间到联合控制室的信号是

冗余光缆连接。在联合控制室进行控制、监测、报警

及报表等操作。

PKS控制系统服务器软件采用Windows2003,

操作站软件采用WindowsXP,利用高速动态缓存区

采集实时数据,提供报警、显示操作、历史数据采集、

报表报告等服务功能;HMIWeb技术基于工业标准

的Html文件格式和Web浏览器的访问界面;基于

CEE执行环境的新一代C300控制器;面向对象的

动态工具;FTE容错以太网络。

1.1　硬件部分

1.1.1　控制防火墙

控制器防火墙具有防“信息风暴”功能,即与

DCS系统相关的信息都有独特的“标签”,只有携带

这种标签的信息才可以通过防火墙控制器;同时防

火墙控制器还是一个小的交换机,实现控制器与服

务器直接的数据交换。可以同时连接八个控制器,使

用一个UPLINK口与上层交换机相连,C300控制

器不受上层IP网络通信量的影响。

1.1.2　控制器

C300控制器采用2个完全相同的控制器,实现30内蒙古石油化工 2012年第12期　

收稿日期3作者简介崔守志(—),男,年毕业于辽宁石油化工大学自动化专业,仪表维护工,一直从事DS、SIS、TRION系统的生产维护、系统升级、改造等工作。现工作于中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司。:2012-0-20:19842007CC真正的冗余,主、副控制器之间的同步对用户是完全

透明的,当控制器发生故障时自动进行切换,切换时

间对应用来说可以忽略不计。每个C300控制器最多

支持64个冗余I/O卡件,每个IOLINK最多支持40

个冗余卡件,同时支持HART协议通讯。

每个C300控制器有2个IOLINK接口和一个

CEE(控制执行环境),控制器上容错以太网FTE

(FaultTolerantEthernet)地址拨码开关,可拨到相

应的位置,该净化控制器地址为171,172,173,174,

175,176。

1.1.3　C系列I/O卡件

有HARTAI卡、HARTAO卡、DI卡、DO卡、

LLMUX卡,卡件上有相应的地址跳线。

1.2　软件部分

1.2.1　ControlBuilder软件

Experion的控制策略用ControlBuilder生成,

在ControlBuilder中进行控制策略的设计,生成控

制策略的文档,并可进行在线监控。Honeywell提供

的各种功能块,用以实现不同控制功能。每一个功能

块带有一系列的参数,用于实现不同控制功能。功能

块之间的互联,可以通过“软接线”的方式非常方便

地实现,以构建控制策略或应用。

1.2.2　QuickBuilder软件

通过QuickBuilder软件用户可以对系统硬件

诸如操作站、打印机、控制器及第三方控制器或

RTU中相应的标准点进行组态并通过组态工作室

将这些组态信息下载至Experion的一体化数据库。

1.2.3　HMIWebDisplayBuilder(用户画面组态)

HMIWebDisplayBuilder是面向对象,全集成

化的用户画面组态工具,用于生成用户专用的显示

图形画面。动态显示可以简单地通过鼠标点击组态

迅速生成。通过使用脚本程序(VBScript和Jscript)

和ActiveX组件,可以显著地增强图形画面功能4。

系统还提供了大量的标准显示画面:菜单导航、报警

汇总、事件汇总、趋势、操作组、点细目、系统报警、回

路调节、诊断和维护等。

2　净化装置的软硬件配置方案

净化装置共使用了3对C300控制器,其中变换

单元使用1对冗余控制器;低温甲醇洗单元使用2对

冗余控制器;净化装置需要检测和控制的点(I/O)

的数量为AI415点、AO204点、DI259点、DO174

点、TC85点、RTD352点。此外,SIS、3500系统、

TRION系统需要和KS通讯,在DS进行显示,

共计3个通讯点。

根据IO点数及装置的监控要求,配置3对控

制防火墙,3对冗余控制器,个系列IO机柜和个网络柜。1对冗余的服务器,1台工程师站,5台操

作站,2台打印机,2台CISCO2960交换机和2台作

为TerminalServer的MOXASerialNport5430。操

作站均采用Console站,防止服务器突然shutdown

造成工艺人员无法操作,可以有效降低风险性和减

少由于控制系统服务器故障造成的经济损失。

下图为系统的基本结构简图:

3　现场生产装置DCS系统的配置方案

针对现场具有机柜间的装置,DCS系统基本按

以下原则进行配置:系统的所有机柜全部安装在

现场机柜间;现场机柜间内设有仪表工程师站、

开停工用的操作站、AMS(AssistManagerSystem)

站;通过配置串口服务器与装置的其他控制系统

(例如CCS、PLC、装置的先进控制等)进行通讯,将

数据采集到DCS系统后,统一上传至联合控制室,

以及全厂生产调度中心;在联合控制室安装多台

操作员站及打印机等,实现日常的生产控制、监测、

报警及报表等;从现场机柜间的CISCO2960交换

机引出2路通过光缆连到联合控制室的机柜间

CISCO2960交换机上,其中1路连接到CISCO3750

交换机,用于将数据上传,供生产中心和全厂生产调

度中心使用。现场DCS服务器安装AMS软件,将

现场具有HART协议的变送器、阀门定位器等仪表

信息送至UCR2的AMS服务器,对全厂HART表

进行集中监视、管理。

4　日常维护中遇见的问题及处理方案

4.1　情况描述

服务器B有时会出现内存异常增大的情况,主

要是sysrep.exe这个文件消耗了内存,这个文件是

用于ERDB同步的一个服务进程,内存异常消耗有

可能影响服务器的正常运行,此情况多发生在重新

修改下装点组态的操作之后。这种现象产生的根本

原因是由于RDB数据库文件有些损坏,需要装置

停车时通过重新建立RDB数据库的方法彻底排除31　2012年第12期 崔守志　ExperionPKS系统在净化装置中的应用

CPC21

/

4C/1E

E隐患,当前装置处于正常生产阶段,采取安全无风险

的操作去处理这个问题。

4.2　处理方法和风险评估

出现这个异常现象,首先能做的工作就是处理

一下ERDB同步的问题,这个操作也比较安全,没有

风险,具体的操作步骤如下:

进入DBAdmin软件,如下图:

第一步,完成DisableReplication:

先点击执行DisableReplication操作,提示完

成,目的是将ERDB同步服务给停止。

第二步,执行RecoverySecondaryDatabase:

点击执行RecoverySecondaryDatabase这个图

标按钮,提示完成,目的是将服务器B的ERDB数据

库手动复制到服务器A的ERDB数据库。

第三步,执行EnableReplication:

点击执行EnableReplication按钮,提示完成,

设置同步到自动状态。经过以上操作后,观察服务器

B的内存使用情况,通常情况下会恢复到正常状态。

4.3　紧急预案

除了以上这个操作步骤来完成ERDB数据库的

手动同步工作之外,在紧急情况下也可以采取以下

两种方法来处理,从而避免造成相应的风险。

第一种方法:当出现异常情况时,尽快将服务器

A或B的网线断开,让单服务器工作。 影响:这样操作可以快速处理现场的风险,单

服务器工作不影响装置的正常运行,但恢复冗余状

态后,注意实时数据库的主备状态,不要影响到报警

事件和趋势数据库。如果服务器A单独运行将不能

修改点组态,服务器B单独运行可以正常修改点组

态。

第二种方法:将ERDB同步状态保持到Disable

Replication的状态,也就是说ERDB数据库不进行

实时的自动同步。

影响:这样操作的结果是服务器B的ERDB主

数据库不自动同步服务器A的ERDB从数据库,如

果要修改点组态时,需要将ERDB手动同步到服务

器A,不影响装置的正常运行。但是除非每次手动同

步ERDB数据库后依然不稳定的情况下才采取这个

措施,不建议日常保持这个状态。

5　结束语

EPKS系统自2009年8月份系统上电后,先后

经历了频繁开停车、控制器假掉电、I/O卡件在线更

换、事件筛选乱码、软件安装补丁、网络IP地址更

改、工作环境恶劣等因素影响的考验,在装置开工初

期经过大量的调试、组态修改,最终完全满足了工艺

车间的操作要求,目前系统运行工作稳定,完全能够

满足对净化装置生产监视和控制的需要。

[参考文献]

[1]　戴玉玲.神华包头煤制烯烃项目净化装置简

介[J].内蒙古石油化工,2009,(19):48～51.

[2]　廖芳芳,潘育山,肖建.20万吨碱厂集散控制

系统的设计和应用[J].计算机测量与控制,

2005,13(11):1220～1222,1206.

[3]　尹丽红.ExperionPKS系统的组态和维护

[J].科技创新导报,2011,10.

[4]　Honeywell公司ExperionPKS过程知识系统

学习资料.