横河DCS平稳率计算方法的改进

Improvement of the Calculation Method for Steady Rate of Yokogawa DCS

员　鑫

(中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司，甘肃 兰州　730060)

横河DCS平稳率计算方法的改进

Improvement of the Calculation Method for Steady Rate of Yokogawa DCS

员鑫

(中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司，甘肃 兰州730060)

摘要：DCS平稳率是反映装置稳定运行的重要指标，它量化了工艺指标偏差对生产装置所造成的影响。使用Sebol语言和计算块所编制的程序存在误差大、耗费系统资源等缺点。通过使用更为简单的常规控制和计算方法进行改进后，使计算精度提升到分钟级，程序结构更为简单易读，同时将闰年的特殊情况也考虑在内。最后通过批处理程序和顺控请求命令将平稳率画面进行输出保存。

作者员鑫(1989-)，男，2011年毕业于兰州理工大学自动化专业，获学士学位，助理工程师；主要从事仪表自动化及控制系统的研究。

关键词：平稳率Sebol语言运算精度方法改进批处理

Abstract：Steady rate of DCS is an important index reflecting the stable operation of plant, and quantifies the impact of process indexes deviation to the production equipment. The programs compiled by using Sebol language and calculation block features shortcomings, such as larger errors and consuming more system resources. After improving by using simpler conventional control and calculation method, the calculation accuracy is upgraded to minute level; the structure of program becomes simpler and easier to read. In addition, the leap year will be also taken into account. The steady rate displays are output and stored through batch processing program and sequence control commands.

Keywords：Steady rateSebol languageCalculation accuracyMethod improvementBatch process

0引言

平稳率，目的是衡量工艺指标参数是否在可控范围，反映装置稳定运行时间占总运行时间的比值，是判断装置正常运行的重要指标。计算平稳率有三项参数：关键工艺参数指标、超标时间以及通过计算得到的平稳率。每当工艺参数超过设计指标上下限时，以月为单位开始计算超标时间；每月结束后，利用每月总时间减去故障时间，得到正常运行时间，再除以月运行总时间，得出当月平稳率[1]。

兰州石化公司石化厂中产火炬装置，采用横河CS3000控制系统，平稳率运算通过计时块、运算块以及Sebol语言的组合，进行数据的采集、计算。在RL比较块内设置正常的工艺参数指标，当参数超过该指标，启动相应参数的超限计时器；每月结束后计算出稳定运行时间占总运行时间的百分比。

1运算误差及弊端分析

对于每个月的时间判断，采用Sebol语言实现[2]，通过Sebol语言采集VNet/IP控制网时间[3]。鉴于闰年和2月的特殊情况，采用折中算法：忽略闰年的影响，以每月28天为单位进行计算，每当Sebol采集的控制网时间满足28天，计算得出平稳率结果。

对于这种运算方法，假如当月共31天，系统在第28天24时进行数据采集计算，在第29天0时开始下月平稳率运算，相当于将下月平稳率提前3天进行采集，并提前3天计算得出结果。这就使得工艺人员在分析每月平稳率、制定生产计划过程中容易产生误差。同时，横河DCS系统Sebol语言，是高级顺序控制的一种，在执行方式上属于利用CPU空闲时间执行，以占用DCS的CPU Idle Time为代价来获取代码的执行。如果人为更改DCS系统控制网时间，可以修改平稳率计算结果。

2计算方法的改进

为了缓解CPU使用率过高，提高程序执行效率并增加可读性和拓展性，将Sebol语言使用常规计算方法进行替换[4]。计算方式替换为：为了缓解上述不足，将Sebol语言使用常规计算方法进行替换[4]。为了避免人为更改计算时间，在计算每月时间上采取计时器计时控制，同时增加闰年判断。每个月的计数时间从当月第一天0时到最后一天24时为止，单位精确到分钟。以计算一个平稳率指标为例，组态界面如图1所示。

图1　组态界面

2.1　月份判断

计时器在原有计算超标时间的基础上，增加为五块，分别代表每个月28天到31天，月计时器上限PH设为当月时间。根据顺控表STMM自动判断当月月份[5]，启动对应月计时器。由于需要判断闰年，故二月需另行判断。STMM1顺控表如表1所示。

表1　STMM1顺控表

在STMM1顺控表中，当月计时器计满时间，使用批量数据采集块BDA-L采集超标时间，并停止当月计时器以及超限计时器，触发执行月自增计算块。在月自增计算块MON中，采用触发执行[6]，触发信号来自STMM1，每触发一次月份自增1。当为2月时，使内部开关ATA2置1。最后，在月平稳率计算块MONAVE中，利用当月总时间减去超标时间，再除以当月总时间，即得到当月平稳率。

2.2　闰年判断

闰年每四年出现一次。月自增计算块将ATA2.PV置1时，表示本月为2月，触发闰年年数自增计算块RY，利用计算参数P01，存储本年距上一个闰年经过的年数，即与上一个闰年年份之差，默认设置闰年年数P01=4，次年P01=1。RY计算块程序如下。

PROGRAM

IF(ATA2.PV==1)THEN

∥判断是否满足2月

P01=P01+1

∥年数自增1

IF(P01==5)THEN

∥闰年年数循环

P01=1

END IF

END IF

ATA2.PV=0

∥SW开关ATA2复位

END

2.3　二月平稳率计算

根据闰年判断结果，决定启动28天或29天计时器。建立比较块RYRL，利用顺控表STMM2来启动计时器[7]。当本月月数为2月且SW开关ATA2为1时，根据闰年与否启动对应计时器。 ATA2的引入是为了确保计时器仅在每年的2月动作。STMM2顺控表如表2所示。

表2　STMM2顺控表

周期执行的MONAVE2计算块[8]，首先判断是否等于2月，在满足2月的基础上判断本年度是否为闰年。如果成立，使用29天计算平稳率；反之使用28天计算。最后得出2月平稳率。

以计算一个参数指标为例，MONAVE2计算块程序具体如下。

PROGRAM

IF(MON.P01==2)THEN

∥满足当月为2月

IF(RY.P01==4)THEN

CPV=(41760-BDA.DT01)*100/41 760

∥计算29天平稳率

ELSE

CPV=(40320-BDA.DT01)*100/40 320

∥计算28 天平稳率

END IF

END IF

END

2.4　初次启动及初始化

将INI顺控表处理时序设置为初始化冷启动，条件栏为空，动作栏将各个顺控表置为自动[9]。第一次启动时需在MON计算参数P01中输入当月月份，在RY计算参数P01中输入距离闰年年份的差值，在各月计时器Tunning页面PH中输入对应天数。如TM28中PH=40 320，TM30中PH=43 200。当计时器PV=PH时，转为STOP状态并触发顺控表STMM1。

考虑到初次运行后，可以在任意时间内触发超标计时器TM01，所以在顺控表ST01中引入初始化开关ATA，首次运行需要手动将ATA置1，开始等待参数指标超限。在投入正常运行后，每当月计时器启动，ATA会自动置1，用于等待本月指标首次超限。当本月指标首次超限，首先将超限计时器TM01清零，重新开始计时，并将初始化开关ATA复位。ST01顺控表如表3所示。

表3　ST01顺控表

2.5　自动保存和输出

在完成流程图的绘制工作后，需要对每个月平稳率计算结果进行截屏保存。在显示平稳率的HIS顺控请求信息MsgReqDef中分别输入 “ K HDCP”、“F D:OUTPUT.BAT”[10]。每当上月平稳率计算结束，利用顺控表触发，依次调用顺控请求信息自动输出打印。在需要保存截屏的HIS中，勾选Hard Copy保存到本地，在D盘根目录建立Windows批处理文件OUTPUT.BAT，输出截屏到指定文件夹。批处理程序如下。

@echo off

Xcopy "C:CS3000hissavemp"/k /o/h/y /e"指定文件夹路径"

3结束语

在将平稳率计算方法进行改进后，完成了每月1日0时开始计时，每月最后一天24时结束计时，闰年判断的引入使平稳率计算更为精确。同时，也克服了原有Sebol程序的弊端，为工艺人员判断装置稳定运行提供了更可靠的参数，从而将更多的时间精力投入到优化生产方面[11]。该方法不但降低了生产成本，而且提升了产品质量和企业生产效益。

参考文献

[1] 刘健，王华.炼化行业装置平稳率计算与应用[J].计算机与应用化学，2008，25(7)：845-848.

[2] 杨权文，邓志民.CS3000 DCS在炼油化工一体化工厂的应用[J].

化工自动化及仪表，2012，39(9)：1210-1213.

[3] 赏自良.CENTUM CS1000在空分装置中的应用[J].自动化仪表，2009,30(2)：39-41.

[4] 李战平，鲁艳峰.长北气田气井井口控制系统的设计与应用[J].自动化仪表，2008，29(3)：44-46,49.

[5] 钟奖霞.CS3000集散控制系统在I催主风机的应用[J].北京石油化工学院学报，2003，11(4)：37-40.

[6] 艾红.CS3000控制站功能块使用及控制方案设计[J].化工自动化及仪表，2013，40(2)：273-282.

[7] 王晓玲，徐亮.横河CS3000集散控制系统在有机硅行业的典型应用[J].工业技术与职业教育，2010，08(2)：35-37.

[8] 许元丁，雷军.CENTUM-CS3000在硝酸装置中的应用[J].自动化仪表，2005，26(4)：67,70.

[9] 孙越.CENTUM CS3000系统在200kt/a聚丙烯装置的应用[J].石油化工设计，2006，23(4)：49-53.

[10]郎微微，王鑫，肖健.横河DCS系统中语音报警的实现方法[J].化工自动化及仪表，2012，39(2)：281-284.

[11]张洪民.故障安全控制系统在工业生产过程控制中的应用[J].自动化仪表，2013，34(5)：81-85.

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中图分类号：TP311

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501013

修改稿收到日期：2014-06-24。