摘要：在介紹開放型集散控制系統(tǒng)CS3000的基礎(chǔ)上，重點對CS3000控制系統(tǒng)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(yīng)用進行了闡述。 關(guān)鍵詞：CS3000；控制；組態(tài) 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(yōu)質(zhì)穩(wěn)定輕烴為原料，主要生產(chǎn)戊烷發(fā)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(chǎn)品。工程由天津．天辰化學工程設(shè)計院設(shè)計，其中自控系統(tǒng)采用先進的DCS控制系統(tǒng)—— 橫河CS3000。裝置僅用了十天的時間實現(xiàn)了從投料試車到流程全部貫通，生產(chǎn)出了全部合格產(chǎn)品，創(chuàng)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(diào)試人員豐富的經(jīng)驗以及裝置先進的CS3000 DCS控制系統(tǒng)。 [b]1 CS3000系統(tǒng) 1.1 CS3000系統(tǒng)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(tǒng)，系統(tǒng)集最新技術(shù)和橫河經(jīng)驗知識為一體，實行具有松藕合的多機處理，實現(xiàn)了硬件的積木化，軟件的模塊化。在Vnet控制總線基礎(chǔ)上，增強了CENTUM CS系統(tǒng)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(tǒng)。采用OPC和DDE API作為標準接口，同時也提供了與UNIX系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的通訊，使得上位機系統(tǒng)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)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(tǒng)硬件配置 根據(jù)裝置的規(guī)模，2．5萬t／年輕烴深加工裝置DCS控制系統(tǒng)共設(shè)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(tài)和系統(tǒng)維護。 現(xiàn)場控制站FCS是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的I／O 處理單元，采用RISC CPU，具有ECC的RAM?，F(xiàn)場控制站的核心部分為現(xiàn)場控制單元。FCU，F(xiàn)CU中電源卡、節(jié)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(tǒng)主要特點 處理數(shù)據(jù)時，CPU、控制總線、RIO總線交替使用工作，對數(shù)據(jù)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(jié)果正確，按時間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個數(shù)據(jù)包中的一個，而濾去重復和錯誤的數(shù)據(jù)包。而當某一條信息通道或CPU出現(xiàn)故障，另一條信息通道或CPU將負責整個系統(tǒng)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(tǒng)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(diào)節(jié)的控制回路，均采用了單點卡，其優(yōu)點是，一旦該卡件出現(xiàn)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(diào)節(jié)，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(diào)節(jié)的參數(shù)，我們選用了多點卡，這樣在成本的支出上又節(jié)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(gòu)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(tài)，電池狀態(tài)以及I／O卡件的好壞等等。一旦出現(xiàn)系統(tǒng)硬件故障，系統(tǒng)報警信息馬上就會給出提示，維護人員可根據(jù)其所提供的詳細的錯誤類型標識迅速查出錯誤原因。 現(xiàn)場控制站FCS現(xiàn)場變送器來的4～20mA電流信號、熱電偶、熱電阻及設(shè)備運行狀態(tài)的開關(guān)量等信號，送到控制站每個單元卡件上，CS系統(tǒng)把每個單元卡件每個節(jié)點的信號經(jīng)RIO總線，把信號送到現(xiàn)場控制站中的現(xiàn)場控制單元FCU中，經(jīng)過CPU運算處理，把信號經(jīng)過雙重化實時數(shù)據(jù)總線V—NET，傳送到操作站上，在操作站可對各工位參數(shù)進行監(jiān)視和控制。 3 系統(tǒng)的組態(tài) CS3000系統(tǒng)充分利用windows NT的優(yōu)點，具有非常好的人機界面，同時也提供了對雙字節(jié)漢字的良好支持，這樣，整個系統(tǒng)組態(tài)內(nèi)容的提示、標注，均可用漢字來描述。不但有益于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也大大方便了操作人員的使用。 [b]3．1 實時監(jiān)控 3．1．1 工藝流程數(shù)據(jù)監(jiān)控[/b] 在本裝置中，需要監(jiān)控的主要有壓力、溫度、液位、流量四大參數(shù)以及設(shè)備的運行狀態(tài)，在此可定義參數(shù)的量程、工程單位、精確度等內(nèi)容，操作人員通過流程圖畫面可實時監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，對整個系統(tǒng)所有參數(shù)的變化進行調(diào)整。 3．1．2 實時報警 對每一個數(shù)據(jù)塊點都設(shè)置了下限、下下限、上限、上上限報警值，一旦采集的數(shù)據(jù)超過了規(guī)定的限值，就會發(fā)出聲光報警來提醒操作者，直到被確認。與此同時，系統(tǒng)自動把報警記錄的開始時間、終止時間、持續(xù)時間等轉(zhuǎn)存到報警歷史數(shù)據(jù)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(jiān)控參數(shù)變化趨勢的功能。我們在每一幅流程圖上針對幾個關(guān)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(shù)的波動幅度，從而進行相應(yīng)的調(diào)整和判斷。 [b]3．2 數(shù)據(jù)查詢 3．2．1 歷史數(shù)據(jù)查詢[/b] 通過選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)點及給予其相關(guān)的查詢條件，就可查詢該數(shù)據(jù)點在某一段時間內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)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(jù)所給予的條件將所有符合條件的數(shù)據(jù)顯示出來，如根據(jù)時間、分區(qū)、時間間隔等來查詢各點的歷史數(shù)據(jù)。 3．2．2 歷史趨勢查詢 對歷史數(shù)據(jù)庫中記錄的所有數(shù)據(jù)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(shù)所進行的每一步調(diào)整，包括時間、參數(shù)數(shù)值的變化，是由哪一臺操作站進行的調(diào)整，都會被詳細記錄下來，這樣對裝置參數(shù)調(diào)整的步驟及方法都提供了一個有力的分析依據(jù)。 3．2．4 報表打印 系統(tǒng)提供定時（班報表、日報表等）報表打印，報警打印，歷史數(shù)據(jù)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(tài)，就可構(gòu)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(jù)操作需要進行切換。在我們的組態(tài)中，考慮到操作工有可能出現(xiàn)誤操作情況，對此，我們針對一些比較重要的調(diào)節(jié)，比如手動、自動的切換，設(shè)備關(guān)停的控制，當點擊操作按鈕后，系統(tǒng)會彈出一對話框，提示再次確認這次操作。 3．3．1 比例調(diào)節(jié)回路 在采用萃取精餾的6#油系統(tǒng)中，針對進料流量，一個穩(wěn)定的萃取比才能保證系統(tǒng)的平穩(wěn)性，產(chǎn)品質(zhì)量才有保障。因此，采取比例調(diào)節(jié)模塊，并設(shè)定好比值，在進料流量發(fā)生變化時，萃取劑的流量也按相應(yīng)的比例進行自動調(diào)整。 3．3．2 串級調(diào)節(jié)回路 塔壓力是裝置運行平穩(wěn)的關(guān)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(wěn)定，我們采取了串級調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥便進行相應(yīng)的調(diào)整，從而保證壓力的穩(wěn)定。 3．3．3 順序控制 CS3000中的順序控制一般由兩種方式實現(xiàn)，即順控表和邏輯圖表，它們能使現(xiàn)多種條件下的批處理運算，來實現(xiàn)一般調(diào)節(jié)回路無法實現(xiàn)的功能。下面所提到的設(shè)備控制就是充分利用了這兩種模塊的功能。 [b]3．4 設(shè)備控制 3．4．1 設(shè)備運行狀態(tài)指示[/b] 對每一臺運行設(shè)備的啟停狀態(tài)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(shè)備的運行狀態(tài)。 3．4．2 低液位泵鎖?？刂?/b> 在以往的生產(chǎn)中，曾發(fā)生過由于儲罐液位過低，巡檢人員未能及時發(fā)現(xiàn)，造成泵抽空軸承燒毀的情況。這樣不但對設(shè)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“l(fā)ock”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(shè)備的安全運行無疑又加了一道保險。

3．4．3 設(shè)備關(guān)?？刂?/b> 所有運轉(zhuǎn)設(shè)備均可從操作面板上進行關(guān)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(qū)而采取的應(yīng)急關(guān)停操作。同樣，出于安全角度的考慮，所有被關(guān)停的設(shè)備，包括鎖停的設(shè)備，均不能再從室內(nèi)進行開啟操作，這是為了防止在啟動設(shè)備時，操作人員不再現(xiàn)場，而發(fā)生意外事故。因此，所有運轉(zhuǎn)設(shè)備的開啟只能從裝置現(xiàn)場進行。 3．4．4 維修掛牌 當設(shè)備維修時，可在其控制面板上定義警告信息，如：“設(shè)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(quán)限。

3．5 系統(tǒng)在線下裝與組態(tài) CS3OOO系統(tǒng)具有在線下裝功能，由于CS3000是冗余的，因此當更換卡件或?qū)M態(tài)內(nèi)容修改時，不必對系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的運行，也不會對生產(chǎn)的平穩(wěn)運行造成影響。當組態(tài)內(nèi)容有錯誤時，系統(tǒng)下裝后會提示詳細的錯誤信息，方便組態(tài)人員進行修改。 3．6 系統(tǒng)測試 系統(tǒng)測試功能的目的是對系統(tǒng)的組態(tài)進行仿真，可提前發(fā)現(xiàn)問題。CS3000系統(tǒng)不同于以往的過程系統(tǒng)測試，它是利用PC機建立虛擬的現(xiàn)場控制站（FCS），直接在PC機上對操作、監(jiān)視功能和控制功能等一系列工程師功能進行檢測、調(diào)試操作。當整個集散控制系統(tǒng)投入現(xiàn)場運行之前，利用系統(tǒng)測試功能對各個組態(tài)器生成的操作監(jiān)視功能和控制功能進行檢驗、過程參數(shù)的預(yù)整定以及控制方案可行性的預(yù)測，確保工程組態(tài)內(nèi)容的正確率，減少不必要的錯誤，為集散控制系統(tǒng)的正式投運和現(xiàn)場調(diào)試提供有價值的信息；此外，利用系統(tǒng)測試功能，可以隨時對生產(chǎn)過程的控制方案進行修改或?qū)嵤┫冗M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(chǎn)過程。 4 結(jié)束語 CS3000系統(tǒng)功能非常強大，不僅為用戶提供方便的組態(tài)界面，監(jiān)控界面，而且還有豐富的圖形顯示，數(shù)據(jù)管理，歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，是用于化工系統(tǒng)理想的DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)自投入運行以來，穩(wěn)定可靠，在線修改和調(diào)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(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，降低能耗和安全環(huán)保等方面發(fā)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(chǔ)。