CS3000控制系统联网应用

许海梅,张明星

(克拉玛依石化公司,新疆克拉玛依 834003)

0 引 言

克拉玛依石化公司催化重整装置于2000年建成投产。2006年为了提高催化重整装置生产的汽油品质,公司新建了苯抽提装置,两套系统均采用CS3000集散控制系统。由于两套装置操作关联密切,加上操作人员紧张,设计要求DCS能共享数据,由于催化重整装置建成投产较早, DCS操作站和工程师站的各项配置比较低,为了实现对控制的更高要求,需对操作站和工程师站硬件、软件升级,实现两套装置的联网合并。催化重整装置DCS的一切设备原位不动,新建苯抽提装置的机柜室建在催化重整装置附近,从催化重整装置现有的操作室对两套装置进行集中监控。

1 系统组成简介

DCS的核心结构主要由计算机网络、I/O控制站(FCS)、操作站和工程师站构成。

1.1 FCS结构

根据各工艺单元的输入/输出点数及控制方案的复杂程度,催化重整装置和苯抽提装置的两套控制站所控制的点数多少虽不同,控制方案也不尽相同,但控制站的基本结构和原理是相同的,主要构成有现场控制单元(FCU)、节点(Node)及各级总线。控制站中的处理器、电源和包括通信总线的I/O模块都为冗余配置,可以保障计算机结果的可靠性。

现场控制单元使用“Pair&Spare(成对热备)”的CPU排列来实现降低发生破坏结果的瞬间错误的可能性。互为冗余的卡件之间高速交换数据,使工作/备用卡件运行状态同步:当某一个卡件出现异常时,可以实现自动无扰切换功能,维护人员可通过卡件上的工作指示灯或上位机上的系统故障诊断画面清楚地判断问题所在。该水平的冗余使CS3000系统不仅能保证优异的可用性,而且保证了生产要求的可靠性。

1.2 操作站/工程师站结构

工程师站及操作站(HIS)主机均采用高可靠性的工业级 PC机,操作系统采用 Windows XP SP2,配有专用工业键盘及液晶显示器,PC机配有VI-701通信接口卡,该卡具有冗余的通信接口,使PC机连接到Vnet/IP网络上。

工程师站。配有CS3000系统开发软件及实时监控软件。可进行控制系统硬件构建、系统组态、逻辑功能图的设计、工艺流程图的绘制及图形特性的定义、趋势图的显示与定义。系统管理功能:程序调度、批处理的控制设定、安全级别的定义、报表管理等都在工程师站完成。

操作员站。完成生产过程的工艺参数监视、操作及控制,系统能够将所出现的各种报警信息进行收集、管理,由操作人员随时查看、调用。

两套装置共用1台工程师站,6台操作站。

1.3 网络结构

为实现系统的可靠性、实时性和开放性, CS3000系统均采用双层冗余网络结构。

a)催化重整装置采用控制总线Vnet网和以太网(Ethernet)。Vnet网主要实现控制器之间和控制器与操作站之间的通信。Vnet网相对于Ethernet网是一个非开放性的网络,以确保DCS控制器不受工厂网络病毒侵袭,从而达到系统安全可靠目的。Ethernet网主要实现操作站之间的通信和操作站与上位机之间的通信。

b)苯抽提装置采用横河公司研究的新一代工业控制网络——冗余的1G网速(Vnet/IP)网络结构。

1)该网络保持原双层网的可靠性特点。确保DCS控制器不受工厂以太网病毒侵袭,以保持操作站互为备用的优点。

2)提高系统的实时性能。网络通信速度从10 Mbit/s提高到1 Gbit/s,实时性能更佳。

3)系统更具有开放性。系统采用了冗余的两个1G高速网络结构,同时又具有TCP/IP以太网协议。具有以太网协议的第三方产品可以容易地挂接到DCS控制网并进行通信。

为了更好地实现DCS开放性的要求,同时又能保持DCS可靠性和实时性的优点,催化重整和苯抽提装置的联网部分也采用Vnet/IP网络结构。

Vnet/IP网络结合了Ethernet的通用通信功能以及原Vnet控制网络功能,从而保持了速度和可靠性方面的出色性能。

1.4 总线转换器结构

为实现项目合并,需在催化重整和苯抽提装置通信设备中增加总线转换器,苯抽提装置的通信介质为双绞线,催化重整装置的通信介质是同轴电缆,为实现两套装置网络系统整合,将催化重整装置控制器中的同轴电缆通过总线转换器转换成双绞线与Vnet/IP网络进行连接,两台总线转换器互为冗余。总线转换器用于进行不同域的通信连接,安装在催化重整装置控制室内。

2 系统并网软件实施过程

系统除具备对生产过程的监视和控制功能外,数据处理和网络通信的功能更加强大。考虑到远期增加设备的需要,自控设备、通信网络和上位管理系统拥有扩展的能力。CS3000组态主要包括系统COMMON,HIS,FCS组态等。

2.1 FCS组态

FCS组态主要包括FCS硬件组成、I/O卡件分配、控制回路图的设计等。控制回路图是根据工艺生产要求设计相应的控制方案,将现场信号分配给I/O卡件,进行数据的处理和传输,完成控制方案的功能块的连接,达到控制目的,符合工艺生产要求。

将催化重整和苯抽提装置项目进行整合,其中催化重整控制站为 FCS0101,苯抽提控制站为FCS0201,操作站由 HIS0264排列到 HIS0258, HIS0264为工程师站完成对系统的组态。催化重整和苯抽提装置组态参数和流程图由工程师站HIS0264修改后,下装到控制器,并一一传送到各个操作站。

2.2 总线转换器组态

首先新建总线转换器节点,设置总线转换器型号,并设置Vnet/IP网络相应的域名和站号,同时选择“Constant”设置催化重整装置Vnet网络的域名和站号,将总线转换器上电,并进行“Offline download to BCV”操作即可。

3 网络设计及实施

根据设计要求,操作站集中放置在催化重整中心控制操作室,催化重整装置控制站及机柜在原机柜室,苯抽提装置控制站及机柜放在新建的苯抽提机柜室。由于双绞线传输距离超过100 m就无法保证传输的信号质量,催化重整和苯抽提机柜室相距将近300 m,超出双绞线的传输能力,为保证信号传输速率和质量,同时为了节约成本,两个机柜室之间采用光缆进行连接。在苯抽提和催化重整装置的主控柜里各安装4个光纤收发器和2个光纤终端盒,用于光信号和电信号之间的转换。网络结构如图1所示。

图1 并网后的网络结构

4 网络测试与下装

当硬件及组态准备就绪后,在工程师站、各操作站进行IP地址的设置,使用开始程序中“运行”命令同各FCS,总线转换器及各个操作站进行联网测试。测试成功后,将项目组态下装到相应控制站,并传送到各个操作站。

5 并网后系统的特点

a)多冗余配置。控制站的电源、主控制卡、数据转发卡和重要的模拟量卡件按冗余配置,保证了系统安全性和可靠性。

b)高速、可靠的通信网络系统。CS3000采用Vnet/IP控制总线,该控制总线速度可高达1 Gbit/s,满足了炼油化工行业对实时性和大规模数据通信的要求。在保证可靠性的同时,又可以与开放的网络设备直接相连,使系统结构更加简单。

c)系统的易扩展性。在系统允许的情况下增加控制站、操作站及I/O卡件,只须在工程师站上添加节点。系统最大配置为64站(包括控制站、操作站和总线转换器),其中操作站最多可扩展16个。CS3000系统还具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构,可以构成多工段、多集控单元,易于实现全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。

d)与既有系统的兼容性。CS3000系统与横河以往的系统可通过总线转换单元,方便地连接在一起,实现对既有系统的监视和操作。

6 结束语

催化重整和苯抽提装置使用最新的网络设备和网络技术进行并网,首次应用于同一项目的两个装置,在国内也具有领先水平。在3年多的运行中,由总线转换器连接通信的两套装置表现出了运行稳定可靠,采集传送数据真实可靠,操作简单,便于监控等优点。

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