润滑油生产DCS系统持续改进的探讨.pdf

服务区Service Station润滑油生产IDCS系统持续改进的探讨李友童中国石化润滑油有限公司华东分公司2023JuneDCS(Distributed ControlSystem，分散控制系统）的软件体系通常可以为用户提供软件分析计第三期算模块和现场各种执行器控制功能，控制工程师利用DCS提供的组态软件，将现场各种执行器控制功能进80行“组装连接”（即组态），生成满足控制系统要求的各种应用软件。润滑油DCS系统是根据工艺配方需求对基础油和添加剂进行调合生产，实现润滑油的自动化生成，该系统是生产控制过程的设备控制中心，掌控所有接入机柜内电信号，在生产过程起到了控制、监控、监视及调配等作用 1,2 。O某润滑油企业（以下简称企业A）润滑油生产DCS系统于2 0 2 0年国产化投用，原系统的设计组态为外资品牌系统，现已将原外资品牌系统国产化；国产化后该系统为 SMB(Simultaneous MeteringBlender，同步计量自动调合）及管汇系统服务。DCS控制系统国产化后，有效解决了系统运行崩溃、卡死、维护成本高等问题，国产化系统为生产提供了长期稳定有效控制，为生产发展提供了便利的组态条件。DCS系统国产化的替代是企业内发展趋向的一小步，也是国产化的一大步，为后期其他外资品牌DCS国产化提供了一定的参考意见及依据。本文根据企业A国产化DCS系统实际情况，针对系统组态和人机交互界面持续改进过程中若干问题进行探讨。系统逻辑组态优化组态组态是将现场设备的电信号通过逻辑关系实现相关的工艺控制和设备控制的要求。组态包括：控制回路组态、实时数据库生成、工业流程画面的生成、历史数据库的生成及报表生成。国产化后DCS系统架构，即DCS现有的拓扑图，如图1所示。DCS网络分2 个网络段，具有工程师站、历史站及操作员站；工程师站主要是所有的逻辑控制关系，作者简介：李友童，大学本科，助理工程师，现主要从事仪表自动化控制工作。E-mail:服务区Service Station本文结合润滑油企业（企业A）国产化DCS系统的运行实际，针对国产化DCS系统组态、人机界面交互的优化等问题进行了分析，提出了改进优化措施。系统优化后，为生产提供了稳定的系统环境。095867043398030303030202020220391183987857.L985509785510223493939395296840404020202020103039385096860980200113L10100228450985000220202U8000011020209404945*1020209484409812023June第三期81历史站是所有的数据和操作记录，操作员站是展示工艺界面参数和操作员在操作界面；国产化系统有2个工程师站，现场卡件机柜信息及数据分配在2 个工程师站。组态优化方案组态优化从控制回路逻辑进行优化，针对SMB之间物料投料泵冲突提示优化；气动阀门和泵之间逻辑控制优化；SMB调合输油收球站延迟时间逻辑控制优化；管汇灌装输油发球站瞬时逻辑控制优化；现场设备模拟量超额定上线组态优化等方案。服务区Service StationSMB投料泵组态优化润滑油生产调合过程中，生产不同大类的油品，会使用不同的SMB组态（可以分为4套系统，分 别 为 SMB1、SM B2、SM B3和SMB4），其中不同的SMB调合组态可能会使用相同的泵。原DCS系统是利用通道组态，即SMB系统对泵优先占用的功能；而国产化调合系统组态依靠物料编码对储罐进行系统组态，即SMB系统对储罐优先占用功能。生产过程中有如表1（物料与泵的关系表）表1特物料与泵的关系项目物料A（储罐10）球阀气动球阀1泵泵1(通道1)2023的情况：SMB1使用物料A（储罐10），使用的泵1(即是通道1);SMB2使用物料C（储罐30），使用的泵1(即是通道 1)。若 SMB1 和SMB2同时开启，先开启物料A（储罐10）的手动阀门，这将物料A同时输送至SMB2中调合罐中，导致生产润滑油产品不合格。国产化系统对上述情况的解决方式是暂停SMB2运行，则SMB组态中内释放了物料C（储罐30）占用关系，解除了泵1在SMB的组态系统控制；其中SMB1使用泵SMB1SMB2物料B（储罐2 0)物料C（储罐30）气动球阀2气动球阀3泵2（通道2）泵1(通道1)1时，物料A需求达到工艺数量时，该通道气动阀门自动关闭，但是由于SMB系统释放系统组态泵1的逻辑关系，导致泵1持续运行，现场泵和管道压力持续增加，形成不安全的状态。经过综合考虑后，在交互界面中增加提示功能；在SMB调合界面，气动阀门打开或者泵运行情况下，操作界面显示泵运行状态，确保人机交互界面中提示泵的运行情况，如图2 所示。经过反复考虑及完善逻辑控制，针对SMB1和SMB2存在同时开启某一个通道的情况（同一台泵），在组态过程中设置了气动球阀1开启和气动球阀3开启（是使用同一台泵1，但是不在同一套SMB中），在人机交互界面上显示“泵1存在冲突”，同时系统自动发出停泵1的命令（现场启动不了该泵1），June一口口第三期P82TL心服务区Service Station必须暂停其中一套SMB程序，才能继续运行泵1。DCS控制系统不停泵，依靠人工发现设备的异常，不能将不安全的状态控制在可控范围内，必须使用其他逻辑关系停止泵运行。利用气动球阀下降沿的电信号，即从信号1到0 的过程（下沿触发是当信号有下降沿时的开关动作，当电位由高变底而触发输出变化的就叫下降沿触发），利用下降沿的逻辑关系，延伸自动关闭泵电信号。即气动球阀关闭的瞬时动作停止泵运行的电信号。灌装球站组态优化润滑油生产使用球扫线，在灌故车空网装泵始端的球站左侧有探测球（图3），由于灌装过程中存在扫线球滑出（图4）；扫线球滑出原因是扫线球的裙边损坏或者是管道存在虹吸现象，扫线球就会随着物料被泵送至灌装收球站末端；则灌装会受限制于扫线球的阻碍，物料不能被灌装。若此情况下误导操作人员是其他设备设施的故障，未能准确判断设备故障或者问题。此情况下只能用扫线球将管道内物料回扫至储罐内，恢复正常扫线球位置后，再重新排灌装线恢复生产，此操作影响灌装效率。优化的逻辑关系是在扫线球滑出的瞬间，利用左侧扫线球的下降图连有同用空图沿做一个逻辑延伸自动关闭泵电信号，停止泵运行；再按照正常球扫线程序结束灌装，重新安排灌装线程序。收球站组态优化在润滑油的收球站若接收到2个扫线球信号，灌装程序瞬时完成信号接收，则收球流程完成。例如收球站探测是一个扫线球（图5），但是由于左边扫线球滑动，收球站会检测到2 个扫线球的信号（图6），瞬时收球站2 个扫线球信号，程序误认为灌装结束。若此时将扫线球扫回发球站，就会导致管道内的剩余油品全部流入集油罐中（是一个油气集中回收的储罐）。优化的逻辑关系是将原来的瞬时满足2 个扫线球信号修改为满足2个球的信号并且信号持续2 0 s后，系统才能认为扫线球到位，灌装程序结束。人机交互界面的优化人机交互界面是指操作员与DCS操作站画图界面的通信媒体或手段，是操作员与操作站之间进行各种符号和动作的双向信息交换的平台。人机交互优化针对操作员站的界面图画提示。储罐温度交互提示润滑油生产过程涉及到储罐的物料加温（储罐物料有高温报警）。由于储罐物料的加热相对缓慢，加热时间长；若多个储罐加温至工艺调合温度时，长期处于同一个黄色报警状态，储罐A正在加热至工艺调合温度时，处于黄色报警，由于储罐同处于报警状态，易造成视觉疲劳导致储罐加热被忽视，储罐的温度超过工艺要求。针对该情况，在DCS交互界面2023June第三期83服务区Service Station内气压低于某压力，本位泵不能运行，操作员工误认为电机故障或者是其他问题，未能及时反馈泵的真实情况，因此本位泵的正上方显示储罐的气压压力，同时当储罐的压PL2023营汇CCP50June第三期84力低于某一数字时，在本位泵下方位置自动显示储罐气压低（见图8），提示操作员工开启储罐罐顶进压缩空气的阀门。关于人机交互界面，界面长期处于某一状态，很可能导致操作人员视觉的疲劳。交互界面适当增加文字提示或者图案警示（例如上述的超温报警和气压提示），提升用户感受。优化后效果根据2 0 2 0 年7 月至2 0 2 2 年3月的情况记录（不完整的统计），DCS国产化整体发现了18 次异常情况；12 次系统组态存在瑕疵，包含泵未按照要求停止运行、灌装泵（泵正常运行）无法输出物料及集气罐扫产生管道油增加等情况；4次界面操作未提示，包含调合温度超过工艺要求问题及输油泵无法启动。其中最严重的异常是物料发生串油，上，在达到工艺指标的温度下增加空气是被干燥过的，保持储罐内与“小风车”的标志，如图7 所示。外界空气中水分隔离。在对储罐进储罐编号的左上角自动显示“小风行卷尺计量前，会将压缩空气进气车”，同时风车颜色变成红色，自阀门关闭，卷尺操作完成后，操作动旋转。提示操作人员该储罐达到人员未开启压缩空气阀门，若本位工艺温度要求，提示操作人员关闭泵处于开启状态，则储罐持续地输蒸汽阀门。储罐的物料液位报警也出物料，储罐内部将会形成负压，可以按照此类方式操作，重点是避大气压可能将储罐压扁。针对此情免视觉疲劳，增加部分醒目提醒，况，在每一个气封储罐上安装了压确保生产状况的正常运行。力变送器，当储罐内的气压低于某气压交互提示一个数字时，该储罐的本位泵不能变压器油储罐是气封储罐，储启动（系统自动关闭该泵）。罐一直处于微正压状态，储罐的压若储罐长期未出现上述情况，力处于0 1kPa，进入储罐的压缩偶然关闭了压缩空气阀门导致储罐超出工艺物料要求，导致调合油品不合格。系统优化后解决了上述矛盾，规避了组态瑕疵的风险，为生产提供了稳定的系统环境。结论及建议国产化系统DCS组态设计原则上以原始设计为主，系统组态应及时做好防错机制，优化组态逻辑，避免冲突的情况。设备信号处于异常情况下，控制系统应首先将相关的动能输送的设备（泵）停止运行，避免造成更大的损失。服务区Service StationHHHH.HTHHHH.HHFH.HE.HHWHH.HHHHHH.HIHT2023June第三期SSI85MA空压力低MA空气压力低MA空气压力低MA空价压力低通过完善人机交互界面，提升用户感受，将相关的文字提示、图案提示，颜色提示放在一个机界面上，可避免操作人员视觉疲劳。参考文献1吕永杰，陈涛,付学新.WebField.ECS-100 在润滑油调和中的应用 J.仪器仪表标准化与计量，2 0 16，3:34-35.2李勇，吴振强，秦伟,等.DCS与PLC在润滑油生产中的应用对比分析.石油商技,2 0 19,37(6):7 8-8 2.