一线PVC聚合干燥及自备电厂DCS升级改造技术探讨

梁寅祥，田建强，何欢欢，姜 苏

（陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718199）

陕西金泰氯碱化工有限公司（以下简称陕西金泰）一线PVC10万t/a项目及自备电厂项目于2005年底建成投产。两套装置DCS均采用美国FOXBORO公司的分布式控制系统—I/A Series。该控制系统于项目投产初期在业界很具优势，运行13年，总体比较稳定、安全。但是进入2017年，各装置工作站频繁故障，导致消缺无备件可用，加之系统软件漏洞增多，经常出现工作站自动重启、画面卡死或自动调整大小、数据通讯卡滞等现象，系统运行的可靠性、稳定性方面存在重大隐患。鉴于此，生产部自控中心经过周密计划，利用公司2018年大修机会完成了一线PVC聚合干燥及自备电厂两个装置老DCS系统升级改造。通过近两个月运行观察，改造后的新DCS系统可靠性、兼容性大大提高，不仅解决了DCS消缺无备件及系统运行不稳定等制约性问题，更重要的是为公司安全生产经营提供了有力保障，并为后期对其他老旧DCS系统升级改造提供了参考，具有重要指导意义。

1 DCS升级改造的必要性及改造思路

陕西金泰一线PVC聚合干燥及自备电厂老DCS系统运行至2017年后开始暴露出各种问题，虽然自控中心针对这些问题做了大量补救性工作，但还是杯水车薪。鉴于情况紧急，自控中心立即联系了上海福克斯波罗有限公司，厂家回复：CP60控制器、DL370型工作站及RCNI/NCNI等网络设备已停产，无法再提供备件支持，且不再提供老装置DCS系统的技术服务，只能做DCS系统升级的打算。

根据陕西金泰一线PVC聚合干燥及自备电厂DCS的现状（一线PVC聚合干燥DCS系统有2对控制器，自备电厂DCS系统有7对控制器），整体换型改造不现实，一是整体升级费用十分昂贵，二是施工工期长，会严重影响公司生产经营计划。自控中心积极和厂家进行技术交流，并制定了陕西金泰DCS升级改造技术方案。方案明确了一线PVC聚合干燥整体升级改造，自备电厂局部改造，即先升级一对控制器。此方案完全可以在最省时、最经济的情况下达到既定升级改造要求。

2 升级前后DCS硬件配置及网络架构

2.1 一线PVC聚合干燥升级前DCS硬件配置及网络架构

一线PVC聚合干燥工作站型号为DL370，控制器型号为CP60，I/O卡件为FBM200系列，控制网络为节点总线型。系统规模为控制器2对（聚合1对、干燥1对），冗余配置。一对24口以太网交换机，一对NCNI节点总线接口卡，2台RCNI工作站接口卡，工作站7台（操作员站6台，工程师站1台）。

系统主要矛盾：（1）I/O柜已无空位，卡件备用通道所剩不多，后期完全无扩容可能；（2）数据通讯卡滞，网络存在漏洞；（3）产品已经进入淘汰期，厂家无法再提供备件支持和老系统的技术服务。升级前一线PVC聚合干燥DCS网络架构见图1。

图1 升级前一线PVC聚合干燥DCS网络架构

2.2 自备电厂升级前DCS硬件配置及网络架构

自备电厂工作站型号为DL370，控制器型号为CP60，I/O卡件为FBM200系列，控制网络为节点总线型。系统规模为控制器7对（锅炉3对、汽机2对、公用系统1对，电气1对），冗余配置。一对24口以太网交换机，一对NCNI节点总线接口卡，7台RCNI工作站接口卡，工作站9台（操作员站7台，工程师站和电气工程师站各1台）。

系统主要矛盾：（1）CP 负荷均高于 50%；（2）系统网络存在漏洞，系统报警不能彻底消除；（3）历史库点位即将满位；（4）产品已经进入淘汰期，厂家无法再提供备件支持和老系统的技术服务。升级前自备电厂DCS网络架构见图2。

图2 升级前自备电厂DCS网络架约

2.3 一线PVC聚合干燥升级后DCS硬件配置及网络架构

一线PVC聚合干燥工作站型号为H92，控制器型号为FCP280，I/O卡件利旧仍为FBM200系列，控制网络为MESH网络。系统规模为：新型控制器2对（聚合1对、干燥1对），冗余配置。更新了一对24口以太网交换机。7台新工作站通过冗余光纤接入信号。升级后一线PVC聚合干燥DCS网络架构见图3。

图3 升级后一线PVC聚合干燥DCS网络架构

2.4 自备电厂升级后DCS硬件配置及网络架构

自备电厂升级后为新旧系统并存。4台新的工作站型号为H92，#1锅炉控制器型号为FCP280，I/O卡件利旧仍为FBM200系列，I/O卡件底板升级为新版，控制网络为MESH网络。系统规模为：1对新型控制器通过ATS协议转换器与6对旧版控制器并用。增加了一对24口以太网交换机，4台新工作站（操作员站3台，工程师站1台）通过冗余光纤接入信号，5台旧操作站通过RCNI工作站接口卡接入信号。升级后自备电厂DCS网络架构见图4。

图4 升级后自备电厂DCS网络架构

3 DCS升级要求

（1）该次DCS控制系统升级改造后保留原有DCS系统各站的所有功能（包括组态的控制策略、操作、显示、报警、趋势显示、历史趋势和历史数据显示和查询以及与其他控制系统的通讯、显示等）。

（2）升级改造后，不得改变原系统I/O卡件及通道的编号，保留原有I/O点数，CP负荷不高于50%，采用MESH网络结构，通讯速率不低于100 Mb/s。保证DCS控制系统升级改造后整个系统的完整性、可靠性、安全性。原系统电源采用1∶1冗余配置，对升级所涉及的机柜电源进行评估，并保证升级后仍为1∶1配置，即使只有一路电源供电系统仍可保证DCS系统正常工作。系统接地原则上采用原DCS系统的接地系统。

（3）因原系统工作站DL370目前已经停产，且故障率高，需要升级到最新主流型号的工作站H92。升级后的工作站的硬件和软件应具有高可靠性和容错性。对控制器（型号为CP60）需要升级至最新的控制器（型号为FCP280），容错（冗余）配置。

（4）控制系统的现场节点总线网络结构需要升级至新的MESH网络结构，控制局域网和现场总线设备容错（或冗余）配置，通信网络应有病毒防护措施[1]。

4 升级改造技术方案

（1）一线PVC聚合干燥装置的两对控制器（型号为CP60）升级为新控制器（型号为FCP280），控制器不再集中布置，升级后的控制器随卡件柜布置。对卡件柜利旧改造，卡件底板更换为最新的FBM底板，原有卡件保留。两对新控制器FCP280和7台新工作站（操作员站6台，工程师站1台）均通过冗余光纤直接接入一对新的24口以太网交换机，形成冗余的MESH网络结构。

（2）自备电厂计划部分升级改造，即1#锅炉DCS升级改造，其余机炉控制系统保留，最终为新旧系统并存模式。原1#锅炉旧控制器CP6001拆除，空出的槽位插入一对ATS协议转换器。旧控制器（型号为CP60）升级为新控制器（型号为FCP280），控制器不再集中布置，升级后的控制器随卡件柜布置。对卡件柜利旧改造，卡件底板更换为最新的FBM底板，原有卡件保留。新控制器FCP280通过ATS协议转换器和剩余6台旧CP60、4台新工作站及5台旧工作站（操作员站8台，工程师站1台）通过冗余光纤接入24口以太网交换机，形成冗余的MESH网络结构。

5 两套装置DCS升级实施步骤

该次DCS升级改造计划工期7天。施工前为了保证现场生产安全，计划在升级施工时进行短时间的系统停电操作。DCS升级改造施工期间，现场数据将无法远程监视，机泵、阀门无法远程控制，带故障位调节阀将自动转至故障位置。必须联系装置运行人员提前做好DCS系统停电前现场应急准备工作。自控中心相关负责人全程监督、指导，各装置DCS专工高度配合FOXBORO厂家工程师，安全、高效完成DCS升级改造。具体实施步骤分硬件和软件两个部分。

5.1 硬件部分

（1）一线PVC聚合干燥及1#锅炉I/O机柜做好清灰工作，并按要求做标记；提前进行电缆光缆铺设，光缆熔接；

（2）新控制器（型号为FCP280）安装；原有卡件柜改装旧底板拆除，新底板安装，卡件恢复；

（3）系统恢复、上电，检测控制器、工作站及I/O卡件状态，测试DCS主副电源及各设备工作情况。

5.2 软件部分

（1）旧系统软件备份，包括组态、画面、系统定义盘等；

（2）根据新的系统定义，制作系统定义盘，并使用新的定义盘进行工作站安装；

（3）现有Unix平台下画面和逻辑转换到Windows平台；

（4）将系统原有组态以及功能恢复至Windows平台后进行调试以使系统原有功能在Windows平台完整保留并且运行正常。

6 结语

通过本次DCS升级改造，陕西金泰一线PVC聚合干燥及自备电厂1#锅炉的DCS系统控制器、工程师站、操作员站、系统网络均升级为目前FOXBORO最新版本。不仅DCS工作站、通讯网络性能大大提升，还解决了原有工作站、控制及通讯设备、I/O卡件停产造成备件采购困难的问题，最重要的是通过DCS升级改造增加了整个系统的稳定性和安全性，为金泰氯碱的长周期安全稳定生产提供了坚实保障。