摘要：在介紹開(kāi)放型集散控制系統(tǒng)CS3000的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)CS3000控制系統(tǒng)在第二氣體處理廠2．5萬(wàn)t／年輕烴深加工裝置中的特點(diǎn)、功能及應(yīng)用進(jìn)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(wàn)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(biāo)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(xué)工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，其中自控系統(tǒng)采用先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)—— 橫河CS3000。裝置僅用了十天的時(shí)間實(shí)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(shí)間記錄。這無(wú)疑得益于調(diào)試人員豐富的經(jīng)驗(yàn)以及裝置先進(jìn)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(jī)公司（YOKOGAWA）推出的用于中、大型過(guò)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(yàn)知識(shí)為一體，實(shí)行具有松藕合的多機(jī)處理，實(shí)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(qiáng)了CENTUM CS系統(tǒng)的功能性、靈活性和可靠性。它的人機(jī)接口（HMI）采用普通的PC機(jī)，以中文win—dows NT4．0為操作系統(tǒng)。采用OPC和DDE API作為標(biāo)準(zhǔn)接口，同時(shí)也提供了與UNIX系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的通訊，使得上位機(jī)系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的訪問(wèn)更加容易，從而保證了過(guò)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(wàn)t／年輕烴深加工裝置DCS控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了1個(gè)FCS（控制站），4個(gè)HIS（操作站），其中一個(gè)兼作工程師站，負(fù)責(zé)組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)。 現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的I／O 處理單元，采用RISC CPU，具有ECC的RAM。現(xiàn)場(chǎng)控制站的核心部分為現(xiàn)場(chǎng)控制單元。FCU，F(xiàn)CU中電源卡、節(jié)點(diǎn)通訊卡以及CPU卡均為冗余配置。I／O接口和遠(yuǎn)傳輸入輸出總線RIO也為冗余配置。 2 CS3000系統(tǒng)主要特點(diǎn) 處理數(shù)據(jù)時(shí)，CPU、控制總線、RIO總線交替使用工作，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)和信息通道故障判斷、擁擠情況等處理；若檢驗(yàn)結(jié)果正確，按時(shí)間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。而當(dāng)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(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的工作，仍然正常運(yùn)行。并且兩臺(tái)控制器同時(shí)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(yùn)。 I／O卡件的選擇可以選擇單點(diǎn)卡或多點(diǎn)卡。對(duì)于重要的帶調(diào)節(jié)的控制回路，均采用了單點(diǎn)卡，其優(yōu)點(diǎn)是，一旦該卡件出現(xiàn)故障，只會(huì)對(duì)該點(diǎn)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(duì)整個(gè)裝置的影響。對(duì)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(diǎn)卡，這樣在成本的支出上又節(jié)約了很多。同時(shí)，所有卡件均具有熱插拔功能，可隨時(shí)進(jìn)行更換，十分方便。 強(qiáng)大的自診斷功能，無(wú)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(shí)看到CPU空閑時(shí)間，操作站和控制站風(fēng)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(bào)警信息馬上就會(huì)給出提示，維護(hù)人員可根據(jù)其所提供的詳細(xì)的錯(cuò)誤類型標(biāo)識(shí)迅速查出錯(cuò)誤原因。 現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS現(xiàn)場(chǎng)變送器來(lái)的4～20mA電流信號(hào)、熱電偶、熱電阻及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量等信號(hào)，送到控制站每個(gè)單元卡件上，CS系統(tǒng)把每個(gè)單元卡件每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)RIO總線，把信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)控制站中的現(xiàn)場(chǎng)控制單元FCU中，經(jīng)過(guò)CPU運(yùn)算處理，把信號(hào)經(jīng)過(guò)雙重化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線V—NET，傳送到操作站上，在操作站可對(duì)各工位參數(shù)進(jìn)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(diǎn)，具有非常好的人機(jī)界面，同時(shí)也提供了對(duì)雙字節(jié)漢字的良好支持，這樣，整個(gè)系統(tǒng)組態(tài)內(nèi)容的提示、標(biāo)注，均可用漢字來(lái)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(shí)時(shí)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(yùn)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(guò)流程圖畫(huà)面可實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所有參數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)整。 3．1．2 實(shí)時(shí)報(bào)警 對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)塊點(diǎn)都設(shè)置了下限、下下限、上限、上上限報(bào)警值，一旦采集的數(shù)據(jù)超過(guò)了規(guī)定的限值，就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警來(lái)提醒操作者，直到被確認(rèn)。與此同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)把報(bào)警記錄的開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等轉(zhuǎn)存到報(bào)警歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，供操作者將來(lái)查看。 3．1．3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線功能主要提供操作者監(jiān)控參數(shù)變化趨勢(shì)的功能。我們?cè)诿恳环鞒虉D上針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)都做了實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖。使操作人員能夠直觀的通過(guò)曲線的變化來(lái)判斷參數(shù)的波動(dòng)幅度，從而進(jìn)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(guò)選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點(diǎn)及給予其相關(guān)的查詢條件，就可查詢?cè)摂?shù)據(jù)點(diǎn)在某一段時(shí)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(gè)或多個(gè)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(lái)，如根據(jù)時(shí)間、分區(qū)、時(shí)間間隔等來(lái)查詢各點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。 3．2．2 歷史趨勢(shì)查詢 對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的所有數(shù)據(jù)都可以用曲線的形式顯示出來(lái)，以供參考和分析。 3．2．3 操作過(guò)程查詢 操作人員對(duì)參數(shù)所進(jìn)行的每一步調(diào)整，包括時(shí)間、參數(shù)數(shù)值的變化，是由哪一臺(tái)操作站進(jìn)行的調(diào)整，都會(huì)被詳細(xì)記錄下來(lái)，這樣對(duì)裝置參數(shù)調(diào)整的步驟及方法都提供了一個(gè)有力的分析依據(jù)。 3．2．4 報(bào)表打印 系統(tǒng)提供定時(shí)（班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表等）報(bào)表打印，報(bào)警打印，歷史數(shù)據(jù)記錄報(bào)表打印等功能。 3．3 控制回路 CS3000的特點(diǎn)是輸入、輸出、控制和運(yùn)算功能以模塊的形式進(jìn)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(dòng)）、AUTO（自動(dòng)）、CAS（串級(jí)），并可根據(jù)操作需要進(jìn)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(duì)此，我們針對(duì)一些比較重要的調(diào)節(jié)，比如手動(dòng)、自動(dòng)的切換，設(shè)備關(guān)停的控制，當(dāng)點(diǎn)擊操作按鈕后，系統(tǒng)會(huì)彈出一對(duì)話框，提示再次確認(rèn)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(duì)進(jìn)料流量，一個(gè)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(jìn)料流量發(fā)生變化時(shí)，萃取劑的流量也按相應(yīng)的比例進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。 3．3．2 串級(jí)調(diào)節(jié)回路 塔壓力是裝置運(yùn)行平穩(wěn)的關(guān)鍵，而影響塔壓最大的就是熱負(fù)荷的變化。對(duì)此，為了保證塔壓的穩(wěn)定，我們采取了串級(jí)調(diào)節(jié)模塊，壓力作為主路信號(hào)輸入，熱油流量作為副路信號(hào)輸入，當(dāng)壓力變化時(shí)，熱油調(diào)節(jié)閥便進(jìn)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(shí)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(yùn)算，來(lái)實(shí)現(xiàn)一般調(diào)節(jié)回路無(wú)法實(shí)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(yùn)行狀態(tài)指示[/b] 對(duì)每一臺(tái)運(yùn)行設(shè)備的啟停狀態(tài)都進(jìn)行了定義，當(dāng)運(yùn)行時(shí)顯示的顏色為黃色，停運(yùn)時(shí)為紅色。使操作人員十分直觀的了解到該設(shè)備的運(yùn)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(guò)由于儲(chǔ)罐液位過(guò)低，巡檢人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成泵抽空軸承燒毀的情況。這樣不但對(duì)設(shè)備造成了損壞，而且也是一個(gè)非常大的事故隱患。針對(duì)這種情況，我們定義了低液位泵鎖停。當(dāng)塔釜、回流罐、儲(chǔ)罐的液位低于5 后，采出泵自動(dòng)鎖停，同時(shí)，泵控制面板上有“l(fā)ock”字樣顯示，只有當(dāng)液位恢復(fù)到5 以上后，才能自動(dòng)解鎖。這樣做對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行無(wú)疑又加了一道保險(xiǎn)。

3．4．3 設(shè)備關(guān)停控制 所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備均可從操作面板上進(jìn)行關(guān)停操作，這是考慮到在一些緊急情況下，操作人員來(lái)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?gòu)氖覂?nèi)進(jìn)行開(kāi)啟操作，這是為了防止在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，操作人員不再現(xiàn)場(chǎng)，而發(fā)生意外事故。因此，所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的開(kāi)啟只能從裝置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。 3．4．4 維修掛牌 當(dāng)設(shè)備維修時(shí)，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(lái)對(duì)操作人員進(jìn)行警示，防止誤操作。同時(shí)，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(dāng)更換卡件或?qū)M態(tài)內(nèi)容修改時(shí)，不必對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)或重啟，只需將工作的FCS的冗余部分啟動(dòng)就可以對(duì)所修改的部分進(jìn)行在線下裝，并由系統(tǒng)自檢無(wú)誤后即可使用，而且速度非?？?。這樣既不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，也不會(huì)對(duì)生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行造成影響。當(dāng)組態(tài)內(nèi)容有錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)下裝后會(huì)提示詳細(xì)的錯(cuò)誤信息，方便組態(tài)人員進(jìn)行修改。 3．6 系統(tǒng)測(cè)試 系統(tǒng)測(cè)試功能的目的是對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)進(jìn)行仿真，可提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。CS3000系統(tǒng)不同于以往的過(guò)程系統(tǒng)測(cè)試，它是利用PC機(jī)建立虛擬的現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS），直接在PC機(jī)上對(duì)操作、監(jiān)視功能和控制功能等一系列工程師功能進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)試操作。當(dāng)整個(gè)集散控制系統(tǒng)投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行之前，利用系統(tǒng)測(cè)試功能對(duì)各個(gè)組態(tài)器生成的操作監(jiān)視功能和控制功能進(jìn)行檢驗(yàn)、過(guò)程參數(shù)的預(yù)整定以及控制方案可行性的預(yù)測(cè)，確保工程組態(tài)內(nèi)容的正確率，減少不必要的錯(cuò)誤，為集散控制系統(tǒng)的正式投運(yùn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供有價(jià)值的信息；此外，利用系統(tǒng)測(cè)試功能，可以隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制方案進(jìn)行修改或?qū)嵤┫冗M(jìn)的控制方法，待測(cè)試可行后再下載到實(shí)際的FCS，從而不影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。 4 結(jié)束語(yǔ) CS3000系統(tǒng)功能非常強(qiáng)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(chǔ)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(yùn)行以來(lái)，穩(wěn)定可靠，在線修改和調(diào)試方便，確實(shí)給操作人員和維護(hù)人員帶來(lái)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(shí)為進(jìn)一步油氣深加工自動(dòng)控制的使用打下良好基礎(chǔ)。