DCS控制系统升级改造实践

DCS控制系统升级改造实践

薛彦庆

中国石油哈尔滨石化分公司

黑龙江哈尔滨150000

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，DCS控制系统是一种典型的工业控制系统，它的系统原理基本结构是在微处理器的基础上，可以使控制功能实现分散性，使可显示的操作集中在一起，兼顾所有操作的同时还能够分而治之。DCS控制系统是目前比较流行的分散控制系统，在国内，DCS控制系统称作是集散控制系统。近些年随着国内、外工业自动化的普及和自动化技术的不断发展、提高，我国很多企业和公司普遍采用DCS控制系统。随着科技不断进步，DCS控制系统也在不断完善和发展，性能也在迅速提高而且DCS系统的价格在逐渐下降，对DCS控制系统的升级改造也随之增多。

关键词：DCS控制系统；自动化；升级改造

引言

进入新世纪以来，我国的社会主义市场经济持续发展，为石油炼化企业带来了前所未有的发展机遇和挑战。一方面，现代技术不断发展，优化了石油炼化企业的控制系统。另一方面，工作环境日益复杂，增加了机组故障发生频率。在炼化企业中，DCS系统的应用最为广泛。就目前来看，大部分炼化企业对DCS系统进行了升级改造，在很大程度上提高了内控水平。为了进一步促进炼化企业的发展，必须对DCS系统故障进行分析和处理。

1、改造的必要性

    每套控制系统都是冗余的服务器运行，某催化DCS系统现为HONEYWELL PKS PMIO结构，下层IO卡件均为2008年投用，至2023年将使用18年，超年限服役，经多次扩容改造，系统负荷大，故障率升高，网络不稳定，同时HM、NIM、服务器等关键部件急需改造升级。单台服务器故障时，备用服务器会立刻切换为主服务器，不会立刻影响生产，但也存在2台服务器同时故障的可能性，服务器故障会切断操作员站与现场设备的实时数据连接，严重影响生产的稳定运行。

2、DCS控制系统升级改造实践

2.1数据库和逻辑组态

原有的点名以及点信息不变的情况下，按照NT＋系统的数据库格式和要求重新生成数据库并下载，控制逻辑以目前机组实际控制逻辑为本，进行逻辑组态，对每个DPU站，重新绘制逻辑图，将原有DCS／DEH系统的LOOP，LADDER以及TEXT算法用更加方便的图形化工具进行绘制，最终生成NT＋系统需要的SAMA图。操作画面尽量保持原控制运行操作界面基本不变，适应运行习惯。设备安装完成后先对系统上电，所有模件工作正常。对DPU组态进行检查和核对，对所有组态进行优化，尤其是操作画面优化，有些修改20多次，以达到最优控制的目的。组态完成后，进入整体调试和实验阶段。首先对所有的模拟量通道进行测试和A／D转换校对以保证模拟量输入、输出转换精度和测量量程准确、开关量通断正常、测试合格。其次进行了所有SCS、MCS、FSSS、DEH系统的模拟实验：包括测量信号、远控指令、执行机构调试，系统手动控制、自动控制、联锁控制和保护等等，均正常。系统改造完成后进行首次启机、达到了一次开车成功、DCS系统运行正常，启动带满负荷后保护投入率100％。

2.2控制器升级

ＤＣＳ控制器的升级主要是将原有的ＦＭ８０１控制器升级为Ｋ－ＣＵ０１控制器。和利时公司Ｋ－ＣＵ０１控制器是Ｋ系列硬件的控制器模块，是系统的核心控制部件，支持两路冗余ＩＯ－ＢＵＳ和从站Ｉ／Ｏ模块进行通讯，支持两路冗余以太网和上位机进行通讯，实时上传过程数据以及诊断数据。可以在线下装和更新工程，且不会影响现场控制。比ＦＭ８０１控制器具有更强大的运算能力，完全兼容ＦＭ系列Ｉ／Ｏ卡件。因为ＦＭ８０１控制器和Ｋ－ＣＵ０１控制器都是ＭＡＣＳＶ系列硬件，所以升级时组态只需要用自带软件工具导入就可以，不会改变原有的控制策略。由于ＦＭ８０１控制器和Ｋ－ＣＵ０１控制器安装结构相同，因此，只需将原ＦＭ８０１控制器机架拆除，在相同位置安装Ｋ－ＣＵ０１控制器即可，原有Ｉ／Ｏ卡件和端子接线不变，从而能以最短的时间、最低的风险实现系统升级。

2.3网络升级优势

使用全新的FTE以太网络结构替换Controlnet网络结构。霍尼韦尔公司专利技术———容错以太网FTE是一种高性能的先进网络技术，为PKS系统控制器与服务器、操作员站之间的连接提供了非常可靠的100Mbps高速以太网。常规以太网冗余是采用两个独立的以太网，如果出现通讯故障，根据网络的复杂性和节点设备的类型，网络节点切换时间可能小于10s，也可能大于30s。而容错以太网FTE采用的是单一网络结构，因此切换时间很快，约1s。由于容错以太网能更多地提供节点之间的网络通讯路径，所以其可以承受更多的故障。普通的以太网节点也可以连接到FTE网络上，同样比连接到常规的冗余以太网上有更可靠的通讯环境。该网络将配置2个24口高性能Cisico交换机，服务器、操作站配置双口网卡，控制器使用PKS系统专用的FTE通讯卡。

2.4更换交换机

硬件安装的准备工作，一台一台更换原交换机，观察数据是否正确，避免网络中存在隐患交换机。先更换交换机，交换机更换需一对一的更换130、131网段的交换机，逐一更换后查看现场操作员站数据是否正常，并利用工程师站对各个操作站服务器逐一PING通，正常无误后更换128、129各个网段的交换机，也是逐一更换，并在工程师站上逐一PING通，确保各个站在网络节点上数据的稳定性，如数据网络均没问题，即完成交换机更换工作。备注：以上数据均正常需等待一段时间，因为交换机数据地址确认需要10秒左右。更换VLAN交换机时，首先确认VLAN区域划分，并验证交换机划分是否正确。设置新交换机的VLAN划分，划分完成后，更换131网断交换机，观察网络是否正常，正常后更换另外一台交换机。全部更换完后逐个域验证网络是否正常。

2.5软件升级

(1)将目前PKSＲ210系统软件升级到霍尼韦尔公司最新的DCS系统———PKS系统Ｒ431软件版本。新的PKS系统软件授权与原系统授权保持一致，并提供合法、专用的软件授权书。由霍尼韦尔公司提供升级后的PKS系统软件、升级资料和全套电子版系统资料。(2)服务器安装微软正版授权的WindowsServer2008操作系统，操作员站安装微软正版授权的Windows7操作系统。

结语

通过对DCS系统的升级改造，对于技术人员来说更深入了解系统的精髓，学习新知识、新技能；对生产来说完善生产系统的控制功能，对生产的指导和帮助意义更大；对公司管理来说对生产的管理和掌握更精细化，系统的提升改造使公司生产力大大提升。

参考文献

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