油品调和车间两套DCS系统的整合升级_薛延成.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 1 期 72 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 1 月 油品调和车间两套油品调和车间两套 DCSDCS 系统的整合升级系统的整合升级 薛延成，常雄利（陕西延长石油（集团）有限责任公司永坪炼油厂，陕西 延川 717208）摘摘 要要：某厂油品调和车间有两套 DCS 系统，分别为艾默生 DCS 系统、横河 DCS 系统。其中艾默生 DCS系统于 2011 年建成投用，承担油品调和、成品油装车的监视控制功能。横河 DCS 系统于 2017 年建成并投用，承担 VOCS 治理、添加剂卸车、消防喷淋的监视控制功能，系统较新，可靠性、稳定性较高。油品调和车间 DCS 操作人员日常监控操作需要兼顾两套 DCS 系统，同时对两套操作站分别进行监控操作，既耗时耗力又存在重要工位参数监控不到位的隐患。将艾默生 DCS 系统所有 I/O 点通过硬件接线、软件组态方式整合升级接入横河 DCS 系统，后期仅需对横河 DCS 系统进行维护保养，既节约维护成本，又方便 DCS 日常监控操作。关键词关键词：DCS 系统；艾默生；横河；整合升级 1 1 背景概述背景概述 我厂油品调和车间油品调和、成品油装车装置 DCS 系统是艾默生的 DELTAV 系统，于 2011 年 10 月建成并投用，包含 1 个系统柜 1 个端子柜，3 台 DCS 操作站，2019 年油品调和车间新建独立 SIS 系统，将油品储罐部分液位及所有切断阀接入 SIS 系统，目前该系统仅剩余不足 80 个的 I/O 控制点，且系统已经进入老龄化阶段，故障率增高，备件储备不足，电源模块已到更换年限，每年维护成本较高。特别是最近两年受新冠疫情及世界芯片供应紧缺影响，导致国内市场美国艾默生 DCS 系统备件货源短缺、价格上涨、采购周期增加。给油品调和车间 DCS 系统长周期安全稳定运行带来极大的影响。VOCS 治理、添加剂卸车、消防喷淋 DCS 系统采用横河的 CENTUM VP 系统，于 2017 年 3 月建成投用，包含 1 个控制柜 1 个端子柜，两台 DCS 操作站，系统版本较新，可靠性较高。横河 DCS 系统是我厂的主流控制系统，占全厂 DCS控制系统的 90%，全厂系统备件齐全，不需要单独储备系统备件，维护成本较低。油品调和车间 DCS 操作人员日常监控操作需要兼顾两套 DCS 系统，同时对两台操作站分别进行监控操作，既耗时耗力又存在重要工位参数监控不到位的隐患。日常操作，如图 1.1 所示。当需要进行油品调和工作时，操作工就在艾默生 DCS 操作站上进厂阀门调节操作及液位等重要工位参数监控；当需要进行 VOCS 参数调整工作时，操作工就在横河 DCS 操作站上进行阀门调节操作及重要工位参数监控。图图 1.1 1.1 油品调和车间油品调和车间 DCSDCS 操作站操作站 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.028 薛延成：油品调和车间两套 DCS 系统的整合升级 73 2 2 整合升级可行性研究整合升级可行性研究 某厂油品调和车间装车DCS系统为艾默生DeltaV系统，于 2011 年建成投用，装置运行时间较长，系统老旧，一旦瘫痪，无法及时恢复，这将影响工艺人员正常监控与操作，影响仪表人员维护，给系统装置正常运行带来巨大隐患，整合升级是必须完成的工作。某厂油品调和车间成品油罐区及添加剂卸车 DCS 系统为横河 CENTUM VP 系统，于 2017 年建成投用，系统版本较新，可靠性高，且具有很强的兼容性，具备通过升级改造将装车部分 DCS 控制单元接入横河 CENTUM VP 系统的条件。艾默生 DeltaV 系统与横河 CENTUM VP 系统均在同一个机柜室，根据以上分析，此次整合升级是必须进行的，且具备可行性。3 3 整合升级目的整合升级目的 通过整合升级，将艾默生 DCS 系统接入横河 DCS 系统，停用艾默生 DCS 操作站，原艾默生系统承担的自控系统调节控制功能由横河 DCS 系统实现，避免操作人员兼顾两套 DCS系统进行监控操作，可以减轻操作人员工作负担，方便 DCS监盘操作。避免资源的浪费，通过整合升级可以实现资源最大化利用，解放操作人员，降低操作人员工作强度，有利于车间管理水平的提高，助力公司的可持续发展。通过整合升级，利用横河 DCS 系统备用 I/O 点，将艾默生 DCS 系统现有 I/O 点通过硬件接线、软件组态方式整合升级接入横河 DCS 系统，后期仅需对横河 DCS 系统进行维护保养，既节约维护成本，又方便 DCS 日常监控操作，同时还可以提高 DCS 系统可靠性、稳定性，避免在艾默生 DCS 系统发生故障后，因备件问题，影响油品罐区的正常运行。4 4 整合升级方案整合升级方案 将艾默生 DCS 系统所有 I/O 点通过硬件接线、软件组态方式整合升级，接入横河 DCS 系统，由横河 DCS 系统承担原艾默生 DCS 系统的调节控制功能，既可以提高 DCS 系统可靠性，消除安全隐患，又可以方便油品调和车间 DCS 操作人员日常操作。需要完成整合升级筹备、实施安装、整合升级调试等工作。4.1 项目前期筹备 为确保整合升级的顺利完成，首先需要对艾默生 DCS系统实际情况进行统计整理。统计艾默生 DCS 系统 I/O 点详细信息1，包括模拟量输入信号的数量、描述、量程、单位、报警值；模拟量输出信号的数量、正反控制作用；数字量输入信号的数量、类型；数字量输出信号的数量、类型（有源、无源类型）。最终统计生成 DCS 系统整合升级 I/O 表。其次需要对横河DCS系统现有卡件使用情况和I/O点的备用闲置情况进行统计整理，为整合升级提供依据。最后，根据整合升级 I/O 表以及横河 DCS 系统卡件使用情况，制定整合升级材料计划。4.2 横河 DCS 系统扩容 首先需要对现有横河 DCS 系统进行扩容，根据整合升级材料计划，在横河 DCS 系统柜内安装需要增加的 I/O 卡件，并安装配套的安全栅、继电器板等。其次需要对横河 DCS系统进行软件组态并绘制流程图。根据整合升级 I/O 表，在横河 DCS 系统内进行 I/O 组态，确保以原艾默生系统 DCS流程画面为依据，在横河 DCS 系统重新绘制相关流程图2。横河 DCS 系统 I/O 组态逻辑主要采用 PVI 指示块、PID 调节块和数字量控制块 SIO-21，利用输入输出关系进行 I/O 组态，然后通过仪表位号关联上位流程图画面与下位组态逻辑。现场的温度、压力、液位等仪表通过现场传感器将信号采集输入 DCS 系统，经过 DCS 系统中控制器进行数据转换处理，然后将温度、压力、液位等信息显示在 DCS 画面上。同时，需要对关键仪表参数增加流程图趋势画面，确保后期故障可查，具有问题溯源功能。4.3 组态预调试 为了减少整合升级过程造成的系统波动，缩短整合升级过渡时间，可以对横河 DCS 系统中新增艾默生 DCS 系统 I/O点进行预调试（静态调试），即在所有 I/O 信号接入横河 DCS系统前进行仿真调试，测试每个 I/O 通道是否完好，所有I/O 信号的描述、量程、单位、报警值、流程图画面变色等设置是否正确。仿真测试必须双人进行操作，内外结合，确保每一组信号都经过检查确认，保证组态信息的准确无误。4.4 整合升级实施 静态调试完成后，择机对油品调和车间两套 DCS 系统进行整合升级，逐步分批次将艾默生 DCS 系统内 I/O 点全部接入横河 DCS 系统。并进行在线调试，确保所有信号准确无误。停用艾默生 DCS 系统，投用横河 DCS 系统，整合升级完成。这是此次项目实施过程中最关键的部分，由于艾默生系统运行时间较长，DCS 机柜内仪表信号线标识磨损严重，在信号线迁移过程中很容易造成线序错乱，从而影响系统升级改造质量。所有在实施过程中必须万分小心，必须结合艾默生DCS 组态信息，反复确认其仪表信号接线位置准确无误后方可进行信号线的迁移工作。5 5 升级改造成果升级改造成果 （1）艾默生 DCS 系统中所有 I/O 信号迁移接入软硬件版本更高的横河 DCS 系统，极大可以提高油品调和车间 DCS系统整体安全性、可靠性，有效延长系统整体寿命。消除了在艾默生 DCS 系统发生故障后，因备件问题，造成我厂非计划停工的隐患，同时可以节艾默生 DCS 系统备件采购费用约15 万元，预计后期每年可节约维护费用 3 万元（含点检费用）。（2）艾默生 DCS 系统和横河 DCS 系统整合升级为一套系统，操作人员只需要监控一套 DCS 系统，通过菜单栏切换即可实现对油品调和、VOCS 治理、添加剂卸车等所有工况参数的监视调整，如图 5.1 所示，整合升级后 DCS 操作站。避免操作人员兼顾两套 DCS 系统进行监控操作，造成重要工74 薛延成：油品调和车间两套 DCS 系统的整合升级 位参数监控不到位的情况，可以有效减轻操作人员工作负担。图图 5.15.1 整合升级后整合升级后 DCSDCS 操作站操作站 （3）自主完成对艾默生 DCS 系统的 IO 点迁移，利用横河 DCS 系统备用 I/O 点，在安装施工、软件调试等环节可以节约成本费用，约节约施工及调试费用 2 万元。6 6 升级改造总结升级改造总结 历时 7 个月，组织技术研讨 7 次，解决系统与外部设备通讯组态等疑难问题 3 大项 5 小项，安装调试操作站 1 台，完成 80 个 I/O 点的组态调试工作，其中涉及的技术难点之一是对雷达液位计、质量流量计 RS485 通讯的组态迁移，由于两套系统底层数据配置方式不同，需要以 RS485 通讯协议为基准，对艾默生 DCS 系统内 RS485 通讯进行解析，提取所需的参数信息3。经过团队成员十多次参数配置尝试，数据对照，最终在横河 DCS 系统实现对雷达液位计、质量流量计RS485 通讯的组态。两套 DCS 系统整合升级于 2021 年 10 月25 日完成施工和调试并交付油品调和车间使用，系统运行平稳，效果良好，圆满达到预期目标。在项目施工中由于艾默生 DCS 系统相关资料缺失，在前期筹备过程中需要耗费大量时间去解读艾默生 DCS 组态信息，并同油品调和车间对接相关仪表信息，耗时耗力，导致整合升级改造持续时间较长，在整合升级过程中发现有两个流量仪表信息遗漏，虽然经过攻关小组的不懈努力最终圆满完成了各项工作，但是以后的技术改造项目必须引以为戒，平时加强 DCS 系统相关资料的收集工作。某厂联合二车间 DCS 控制系统采用了日本横河的CS3000 系统，于 2005 年建成并投用，即将达到使用寿命，近年许多先进的控制技术不断涌现，不断替换原来的控制方案，给同行企业带来巨大的效益，所以联合二车间 DCS 系统升级改造将是今后技术改造考虑的方向。参考文献参考文献 1 DeltaV 工程师组态/艾默生培训课程 7009R.2010.2 CENTUM_VP 培训资料R.3 何衍庆,黄海燕,黎冰.集散控制系统原理及应用第三版M.北京:化学工业出版社,2009.