PX吸附单元SCS系统的架构及存储异常处理案例

蓝宇栋

（中海炼化 惠州炼化分公司，广东 惠州 516086）

0 引言

中海油惠州炼化840000t芳烃联合装置自2009年投产，其二甲苯吸附单元是产出附加值较高的对二甲苯（PX）的单元。为了能够最大限度地产出对二甲苯，引进IFP的Eluxyl工艺包，Eluxyl工艺包基于模拟逆流吸附的概念。

在实际的逆流吸附中，塔中的液体溶剂相逆流循环到固体选择性吸附剂相。为了模拟固体吸附剂颗粒的循环，要不断地移动进料、反洗液及解吸剂的注入位置、抽出液和抽余液的抽出位置。因此需要对吸附塔工段的144个开关阀（144个电磁阀点、288个开、关回讯点）和7个高精度调节阀、24个床层旁路调节阀等进行精确的测量与控制，并且对运行部件进行状态诊断并及时做出响应。

在模拟移动床吸附分离的工程中，比较重要的参数一般有：塔的操作压力、操作温度、各区流量、流体状况、含水量等。而在实际操作中塔的操作温度和压力一般控制恒定[1]。

在一个工段上使用了如此数量的开关阀，其日常运行时对整个系统运行的可靠性将提出更高的要求，以确保在一个或多个开关阀故障时不会造成吸附塔憋压或失压的事故。因此，吸附塔工段的控制采用AXENS设计建造的顺序控制系统（以下简称SCS，Sequential Control System），用以控制对二甲苯吸附塔周边仪表设备运作。

总体来说，SCS系统可以分为监控系统和PLC系统两部分。

1 监控机系统[2]

由于SCS负责控制Eluxyl单元的操作，因此需要非常高的自由度。其PLC系统是完全冗余的，而监控机系统则是硬件冗余的。

监控机系统由两台安腾计算机服务器、3台PC控制台和3台打印机组成。该系统被用于跟踪Eluxyl单元的各种动态（参数浏览、趋势调用、软硬件诊断等），并且允许对Eluxyl的顺序控制进行组态和调整。

如图1，安腾计算机服务器（Hewlett Packard制造）以集群组态运行，其允许两个硬件系统同时运行，当其中一个系统崩溃时，还可以在另一个系统中运行SCS的应用程序。

服务器的操作系统采用HP专利的OpenVMS系统，它以稳定性和可靠性著称，这对于管理24h不间断运行的吸附单元来说非常关键。

在安腾服务器的扩展机架上还安装着两台冗余交换机、两台冗余磁盘阵列控制器（HP Modular SAN Array 1000，简称MSA1000）和5个硬盘。其中两个系统硬盘（互为镜像）内装操作系统OpenVMS，两个用户硬盘（互为镜像）内装SCS应用程序，第5个数据硬盘则用于存储历史数据（非冗余）。

图1 监控机系统的结构Fig.1 The structure of the monitoring system

图2 PX吸附塔工段的基本结构示意图Fig.2 Basic structure diagram of the PX adsorption tower section

5个硬盘均由两个互为冗余的MSA1000控制器管理。

对两个系统硬盘而言，其内部分区分为两部分，一个分区负责存储系统数据，另一个分区内含“quorum”文件，正是这个程序文件使得两台计算机组成的集群模式得以顺利运行。

如图2，监控机系统、冗余式PLC、PC拉曼光谱分析仪、DCS/ESD（SIS）系统通过两个以太网络互连，一共有4台思科（Cisco）交换机用来管理这些网络。

即使监控机系统与PLC系统的数据链路临时中断，PLC系统也会继续自动运作，只是这段时间内操作员无法对Eluxyl单元进行操作动作。

2 PLC系统

PLC系统直接连接到现场，专门为对二甲苯吸附塔工段服务，其组态采用西门子制造的分布式I/O的容错式中央控制器S7-400H。

在Eluxyl吸附塔工段周围，PLC系统负责读取过程信息（包括阀位、限位开关状态、压力、流量测量等），并负责管理吸附塔周边的控制器和开关阀的通断。

图3 PLC系统的总线结构Fig.3 Bus structure of PLC system

SCS的PLC系统采用冗余式的设计，当系统检测到PLC出现故障信息，可以在不停止装置运行的情况下修复故障。两个中央控制器处于动态协作的状态，平时由主控制器控制生产过程，当发生故障时，副控制器将会自动接管控制权。

两个S7-400H中央控制器通过两块独立单元的以太网卡接入以太网。管理员可以通过工程师站上的PCS7程序对PLC内含的AXENS应用程序进行管理。

比如，Eluxyl的吸附塔一共有24个床层，在SCS程序的控制下，有7股液流被注入、抽出、循环。这7股液流在SCS的监控下受7个控制器所控制。由SCS系统的PLC来执行控制，由PLC系统中的4mA～20mA模拟I/O卡件实现对高精度调节阀的控制。

同时，所有的分立式I/O卡件均是冗余设计的，允许维护人员在不扰动关联的冗余卡件工作的情况下更换故障的卡件。

如图3，DP主系统是指CPU与分立式I/O元件之间的连接链路，它通过PROFIBUS DP[PROFIBUS DP，是一种依照IEC 61784-1：2002 Ed1 CP 3/1标准，并使用DP传输协议（DP是德语缩写，意为“分立式I/O”）的开放式总线系统，来实现CPU与分立式I/O元件的数据交换以及监视PROFIBUS DP的状态。

PLC系统中，有两个冗余现场总线网络（称为“DP主系统1和2”）。通过PROFIBUS 1和PROFIBUS 2，将两个主CPU A和B与DP从设备连接起来。

DP从设备是指分立式的I/O元件，内含编译器等元件，以将现场的各种传感器或执行器信息通过PROFIBUS DP和CPU通信。对SCS的PLC系统来说，用以监控SCS系统所有重要仪表的DI/DO/AI/AO卡件都被集中安装在型号为IM153-2的接口模块与I/O卡件组成的ET-200M导轨上。

即使某个接口模块IM153-2上的PROFIBUS电缆被拔出，整个链路仍可保持导通，不会影响到前、后链路上的各个节点，只要该DP从设备的冗余部件还在正常工作，那么就不会影响到SCS的正常运作。

3 软件系统

SCS的软件系统由AXENS设计，它支持多系统、多任务环境，分为两部分。

第一部分加载在PLC系统中，用于进行实时控制，比如将开关阀组从一个床层切换到另一个床层、控制器的实时计算、安全联锁系统的触发、当故障发生时作出快速的响应等。

第二部分加载在监控机系统中，作为人机界面使用。以便于同时显示多个任务，使得操作员能够在非常安全的条件下，在不同的操作站上平行处理若干个操作，能够在线调节顺序控制的参数（需要权限）、改变参数设定值、监视单元的详细信息。

4 SCS监控机系统存储硬件异常处理

事件概述：

工艺操作员发现操作站PC2和PC3 HMI的数据异常，指令无法发出、执行。经检查所有PC控制台均与监控机系统的通讯异常，操作员无法对PLC的运行进行任何干预，吸附塔工段陷入了“全自动”无人监管的境况。

检查处理：

维护人员将PC1（工程师站）和PC3重启后，HMI软件无法启动，弹出提示“与155.1.1.1”连接不上。而155.1.1.1为SCS监控机系统Itanium 1服务器的IP地址（见图X），初步怀疑系统网络中断或者监控机服务器故障。

但在PC1上使用DECterm命令行窗口远程登录OpenVMS系统时，使用PING命令155.1.1.1/155.1.1.3（服务器Itanium 2）时均可以连上Itanium 1和Itanium 2，这说明交换机网络和主机网络正常。

这时，未重启的操作站PC2仍然继续接收生产过程的实时数据，但任何操作指令仍无法执行。

检查监控机时，发现磁盘控制器MSA1000下挂的BAY 9（用户硬盘，RAID 1下与BAY 2的用户硬盘互为镜像）故障报警灯亮起，查看MSA1000日志，提示BAY 9磁盘故障。初步判断为服务器的磁盘控制器MSA1000故障引起部分访问中断，部分用户程序（SCS）进程停止，上行数据访问中断，下行数据访问正常。

维护人员更换了故障硬盘，系统根据镜像自动重建BAY 9磁盘数据并同步。同步完成后，在监控机上KVM（Keyboard/Vision/Mouse）显示器仍旧黑屏。

尝试依次重启Itanium 1和Itanium 2，启动画面显示已发现主机和启动路径，但卡在启动画面无法继续启动，这时PC2操作站的HMI画面也异常退出，重启HMI软件同样提示与155.1.1.1无法连接。

进一步检查，发现安腾主机识别存储的UUID（通用唯一识别码）有问题，需要进行重置。拔出左侧MSA1000控制器，重新设置右控制器的unit_id。再次启动主机Itanium 1和2，系统和用户程序均正常启动。

从处理过程来看，不光BAY 9的用户硬盘发生了故障，右侧MSA1000控制器也存在某种软/硬件缺陷，由于故障前所有的5个硬盘数据（SYSTEM、USER、DATA？）均通过右侧MSA1000控制器共享给Itanium 1和2，故障发生时进程管理也被右侧MSA1000的故障锁死，从而导致系统进程无法顺利切换至左侧MSA1000控制器，而按照一般情况，MSA1000控制器的故障并不会影响系统和用户程序的正常切换。

此次故障，判断为硬件存在缺陷而导致冗余失效，因此后续更换了右侧MSA1000控制器。

5 结束语

中海炼化惠州炼化项目84万吨/年芳烃联合装置自投产以来，PX吸附单元作为其最高附加值产品产出单元，一直受到公司各方关注，SCS系统自2009年投用，总体表现良好，其对开关阀、涡轮流量计等仪表设备故障迅速准确的响应，使得维护人员有充足的时间应对故障维修，并且其自由度很高的操作员/工程师人机界面也使日常的检查与故障检查变得更轻松。

[1]丁明.吸附分离技术在PX工业生产中的运用[J].化学工程与装备,2009,11:61-66.

[2]AXENS SCS Automation Book[Z].