1 引言
利用計算機信息技術(shù),實現(xiàn)煉油、化工裝置生產(chǎn)過程的自動控制是石化企業(yè)提高經(jīng)濟效益，少投入多產(chǎn)出，挖潛增效，提高市場競爭力的重要途徑和措施。茂名石化煉化股份公司為提高市場競爭力，及航空煤油上升等級，在其煉油廠新建了一套1.2mt/a的航煤加氫裝置。該裝置占地面積80.6×46m2，總投資7253.70萬元，是全國最大航空煤油生產(chǎn)裝置，是"九五"期間實施的煉油改擴建工程的配套項目之一，在茂石化公司有著較重要的地位。該套裝置中含有加熱、汽提、加氫反應(yīng)等多種工藝過程，牽涉的設(shè)備較多，各工藝變量間又有一定的相互關(guān)聯(lián)。工藝設(shè)備規(guī)模較大，且作為被控對象，控制的難度較大。因此，對該套裝置采用傳統(tǒng)的單元儀表進行控制，已較難達到預(yù)期的控制品質(zhì)和節(jié)能目標，也不能適應(yīng)新時期對控制系統(tǒng)有較好控制質(zhì)量、高安全可靠性和采用先進控制策略等要求。
centum cs3000是日本橫河電子公司開發(fā)的一種較新型的集散控制系統(tǒng)，它將dcs的性能與pc完美結(jié)合，并采用bbbbbbs nt操作系統(tǒng)，使其具有開放的操作環(huán)境，在pc機上實現(xiàn)全部集散控制系統(tǒng)的功能，屬于新一代開放型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在石化行業(yè)的應(yīng)用也較為廣泛[1]。就其具有的功能及特點而言，適合前述的控制要求。
2 cs3000系統(tǒng)簡介
2.1 系統(tǒng)功能
cs3000的系統(tǒng)功能包括his功能、fcs功能和組成這些功能的工程師功能。
（1）his功能。centum系統(tǒng)操作站（his）由eops型操作站、eopc型控制臺、eprt2型串行打印機、echu型彩色硬拷貝機等設(shè)備構(gòu)成。eops型操作站與eopc型控制臺外觀基本相同，都有crt顯示器和操作鍵盤，但eopc型控制臺沒有微處理器及軟硬盤驅(qū)動器等，是epos的終端設(shè)備。
操作站功能主要由窗口監(jiān)視功能、操作支持功能、數(shù)據(jù)收集和處理功能、開放數(shù)據(jù)接口功能和維護功能等五大部分組成。
（2）fcs功能。fcs功能由標準控制功能和通訊i/o模塊構(gòu)成。在標準控制功能中，提供各種各樣的功能塊，如反饋控制功能塊、順序控制功能塊、計算功能塊、儀表面板功能塊、單元監(jiān)視管理模塊等等。通過對功能塊的組合可以實現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的控制功能。而通訊i/o功能則是利用通訊模件與plc或其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。通訊模件安裝在現(xiàn)場控制站的通訊i/o箱內(nèi)，由通訊數(shù)據(jù)提供該標準控制功能。
（3）工程師功能。工程師功能分成系統(tǒng)生成功能和系統(tǒng)維護功能兩大部分。
系統(tǒng)生成功能就是對項目功能、fcs功能以及his功能的建立，通過系統(tǒng)生成功能，可以實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的工程師組態(tài)，即用戶可通過系統(tǒng)生成功能建立起系統(tǒng)運行、操作監(jiān)視功能、控制功能等一系列應(yīng)用數(shù)據(jù)庫。
系統(tǒng)維護功能包含系統(tǒng)監(jiān)視功能和定期檢查維護的功能，通過his系統(tǒng)維護窗口實現(xiàn)，并在窗口中顯示在線的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)報警狀態(tài)等，提供了一個系統(tǒng)維護的良好的操作界面。
2.2 系統(tǒng)測試功能
系統(tǒng)測試功能是新型集散控制系統(tǒng)cs1000/cs3000以及cs3000 r3的獨特功能之一。利用系統(tǒng)測試功能，在集散控制系統(tǒng)投入實際操作運行之前，對各組態(tài)器產(chǎn)生的操作、監(jiān)視和控制功能進行檢查、調(diào)試等操作；也可以將系統(tǒng)測試功能與工程師功能并行使用，擴大了系統(tǒng)測試功能的應(yīng)用范圍。
2.3 系統(tǒng)通信
cs3000中使用的通信系統(tǒng)有e網(wǎng)、v網(wǎng)、以太網(wǎng)和遠程輸入輸出總線。
e網(wǎng)是cs的內(nèi)部局域網(wǎng)，是信息指令站和工程師站間的連接通路，通信頻率是10mp/s，采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，通信媒體是同軸電纜，最大傳輸距離是185m，最多的連接站數(shù)16點。
v網(wǎng)是現(xiàn)場控制站和操作管理用的信息指令站、其他上位站或總線轉(zhuǎn)換器等設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)。通常，它采用雙重化的通信方式，是系統(tǒng)內(nèi)部實時控制用的通信網(wǎng)，傳輸速率10mp/s，采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，最多可連接64個站。
以太網(wǎng)用于實現(xiàn)本系統(tǒng)與上位系統(tǒng)的通信。利用以太網(wǎng)，本系統(tǒng)和位于上位的具有大容量的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可進行數(shù)據(jù)的通信并提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。第三方的計算機也能通過以太網(wǎng)與本系統(tǒng)連接，存取cs的數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)達到真正的開放。
遠程輸入輸出總線（rio：remote bbbbb/output）是一條該公司的內(nèi)部現(xiàn)場通信總線，是連接現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場控制單元輸入輸出信號的橋梁。
2.4 系統(tǒng)特點
（1）綜合性：centum-cs3000是一個功能齊全的系統(tǒng)。它綜合了多種控制、管理、自動化和信息技術(shù)于一身。
（2）開放性：cs3000系統(tǒng)是緊跟it技術(shù)發(fā)展的開放性局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。操作站的硬件可采用最新型的pc機；系統(tǒng)軟件可采用最新的bbbbbbs xp或2000（中文版）作為操作系統(tǒng)；通訊接口提供dde和opc兩種接口，可直接與用戶的上位工廠信息管理系統(tǒng)（pims）、internet網(wǎng)、intranet網(wǎng)連接和通信；也可通過標準協(xié)議與多個廠家的plc系統(tǒng)、以及符合ff、hart、profibus-dp等現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)標準的廠家的設(shè)備進行通信；另外，還可直接將各種通用應(yīng)用軟件如ms-excel、vb等應(yīng)用于工程中。
（3）高可靠性：控制站采用4個cpu成對冗余熱備技術(shù)，可實現(xiàn)在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)不間斷地運行；供電系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和總線、i/o模塊均可實現(xiàn)雙重化；vnet總線采用交替工作模式的雙重化結(jié)構(gòu)。
（4）高性能：控制站采用高速risc處理器，可進行64位浮點運算和可進行最高50ms控制周期的模擬與邏輯控制。
（5）高效簡捷的工程：系統(tǒng)提供cae（計算機輔助工程），直接用control drawing圖或填表格的方式進行軟件組態(tài)，軟件組態(tài)十分簡潔直觀。并可提供虛擬測試和仿真軟件，從而縮短軟件的調(diào)試周期。
3 航煤加氫裝置工藝簡介
加氫精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)，改善油品的使用性能。過程在氫氣存在下使油品中的有機含硫、含氮化合物以及金屬有機化合物發(fā)生氫解，從而達到精制的目的。
航煤加氫是在一定的溫度、壓力、氫油比和空速的條件下，借助催化劑的作用，把油品（直餾航煤）中的硫、氮、氧化合物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的烴類及易除去的硫化氫、氨或水從而脫除，并將油品中的雜質(zhì)如重金屬截留在催化劑中。同時烯烴、芳烴得到飽和，從而得到安定性、燃燒性都較好的產(chǎn)品。在本裝置的操作條件下，一般只進行脫硫、脫氧及少量脫氮反應(yīng)，以改善航煤的酸值、硫醇硫和總硫等指標[2]。
其中，加熱爐、加氫反應(yīng)器及汽提塔的控制均是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，且裝置具有高溫、高壓、易燃易爆、工藝連續(xù)性強、復(fù)雜性高和安全要求高等特點。
4 基于cs3000實現(xiàn)的航煤加氫裝置自動控制
航煤加氫對主要參數(shù)與變量的控制最終可以歸結(jié)為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性三大控制要求，而操作的穩(wěn)定性更是影響航煤餾出質(zhì)量的重要因素。綜觀各dcs的功能與特點，日本橫河的centum cs3000以其高可靠性脫穎而出，它可以實現(xiàn)在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)不間斷地運行，確保了裝置的平穩(wěn)運行，而且該系統(tǒng)組態(tài)和維護畫面簡潔友好，容易操作，適合新上的裝置[3]。
4.1 系統(tǒng)配置
航煤加氫裝置cs3000的系統(tǒng)配置簡圖如圖1所示，主要由以下幾個基本部分組成。
圖1 dcs系統(tǒng)配置圖
（1）his（人機接口站）。his是工業(yè)控制中的人機接口單元，擔負著系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)操作的雙重任務(wù)。它主要是利用圖形窗口對生產(chǎn)過程進行操作和監(jiān)視，安裝有系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護和測試功能的軟件，把過程數(shù)據(jù)、趨勢數(shù)據(jù)、報警、公告和其他信息傳送到上位機或工作站，用于操作人員對生產(chǎn)過程的監(jiān)控和操作，也能夠用于組態(tài)和維護。centum cs-3000的人機接口單元采用中文版bbbbbbs nt 4.0操作系統(tǒng)，及x-bbbbbbs和motif圖形用戶界面（gui），給操作和維護帶來了便利。
（2）fcs（現(xiàn)場控制站）。fcs為雙冗余現(xiàn)場控制站，可通過通訊接口與可編程控制器或數(shù)據(jù)采集裝置相連，也可利用現(xiàn)場總線通訊卡件掛現(xiàn)場總線儀表，實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的監(jiān)視、控制和運算。主要用于完成控制功能，即采集現(xiàn)場的過程變量，通過vl net網(wǎng)把數(shù)據(jù)送到操作站，按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生輸出信號并輸出到控制現(xiàn)場的執(zhí)行器，以維持過程的平穩(wěn)?？刂平M態(tài)數(shù)據(jù)存于fcs的內(nèi)存模塊中，通過rio bus連接各種接口卡件，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表和室內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送。
fcs硬件主要由現(xiàn)場控制單元（fcu）、遠程i/o總線（rio bus）以及節(jié)點（node）三部分組成。使用32位risc中央處理器，結(jié)構(gòu)為容錯型的雙重化設(shè)置。在計算機用戶功能的基礎(chǔ)上提供了常規(guī)、順序和邏輯等控制功能?？刂平M態(tài)數(shù)據(jù)存于fcs的內(nèi)存模塊中，fcs的工作原理：通過rio bus連接各種接口卡件，接收從輸入安全柵過來的信號，經(jīng)處理送到輸出安全柵。
（3）eng（工程師站）。工程師站其實就是個人計算機，用于系統(tǒng)組態(tài)、用戶組態(tài)等工程方面的工作。
（4）vnet網(wǎng)（實時控制網(wǎng)）。它將fcs與his相連，可以掛bcv和通訊門路單元。允許以10mbps傳輸速率進行雙向數(shù)據(jù)通訊，并采用令牌總線傳輸協(xié)議滿足快速響應(yīng)和可靠性的要求。
（5）ethernet(以太網(wǎng)電纜)。航煤加氫的centum cs使用ethernet作為eng(工程師工作站)和ics(信息指令站)之間，以及ics與管理計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木钟蛐畔⒕W(wǎng)(lan)。
（6）bcv或abc（總線轉(zhuǎn)換器）?？偩€轉(zhuǎn)換器將cs3000與centun cs或?xl連接成一個總系統(tǒng)，允許進行集中操作和監(jiān)視，在his上操作和監(jiān)視現(xiàn)場控制單元和現(xiàn)場監(jiān)視單元。
（7）cgw（通訊網(wǎng)關(guān)）。cgw用來從一臺計算機或unix工作站獲取或設(shè)置fcs數(shù)據(jù)。
4.2 控制圖組態(tài)
控制圖組態(tài)即是對裝置內(nèi)各自動控制系統(tǒng)的控制算法、pid控制功能塊等加以定義[4]。
裝置的常規(guī)控制組態(tài)主要在控制算法組態(tài)器中完成，控制算法組態(tài)器用于編輯控制算法，如添加或刪除功能塊、改變連線或控制命令?？刂扑惴ńM態(tài)器由功能塊列表和組態(tài)畫板組成。在功能塊列表中可以增加或改變控制命令，在組態(tài)畫板里可以生成組態(tài)符號（功能塊和連接塊）和組態(tài)連接，被組態(tài)的功能塊自動在功能塊列表中注冊。
以加熱爐的聯(lián)鎖和切換控制為例，與常規(guī)加熱爐控制的聯(lián)鎖相比，本裝置的加熱爐新增了三處設(shè)備聯(lián)鎖，一是引風(fēng)機運行狀態(tài)與煙道擋板開啟、煙囪擋板關(guān)閉切換的聯(lián)鎖；二是鼓風(fēng)機運行狀態(tài)與關(guān)閉爐底快開風(fēng)門之間的聯(lián)鎖；三是預(yù)熱器出口溫度與停鼓風(fēng)機、引風(fēng)機之間的聯(lián)鎖。這個回路組態(tài)時，有以下兩個關(guān)鍵點：首先，輸出切換過程應(yīng)避免回路出現(xiàn)斷路，否則控制器輸出將強制輸出0，從而引起切換干擾；其次，從一個擋板切換到另一個擋板時，因考慮到氣流平衡等的影響，切換過程要適當增加一點延時，這樣可以減少擾動的產(chǎn)生。切換關(guān)系的組態(tài)圖如圖2所示。
圖2 切換控制關(guān)系組態(tài)圖
tn01、02為延時模塊，延時時間設(shè)為5秒，作為無擾動切換用。
c1、c2 calcu計算模塊主要用來編程實現(xiàn)uv301b.mv=0和uv301a.mv=0的功能。
s1 st16順控表組態(tài)內(nèi)容如圖3所示。
圖3 s1 st16順控表組態(tài)內(nèi)容
總之，要做好dcs組態(tài)工作,要協(xié)調(diào)好設(shè)計單位、最終用戶、施工單位、dcs供應(yīng)商等方面之間的關(guān)系,既要有分工又要精誠合作。除熟悉dcs組態(tài)技術(shù)外,要準備好設(shè)計資料,了解工藝流程和控制方案,做好系統(tǒng)組態(tài)、下裝、調(diào)試和完善等工作。
5 結(jié)束語
centum cs3000在茂名石化公司航煤加氫裝置應(yīng)用以來，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制效果良好，裝置各設(shè)備及整個生產(chǎn)過程情況正常，從未發(fā)生死機現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準，未出現(xiàn)過任何由于控制系統(tǒng)引起的生產(chǎn)事故，并在工藝過程的節(jié)能、降耗方面起著積極的作用?？梢?，該dcs系統(tǒng)在航煤加氫裝置中的應(yīng)用是成功的。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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