引言
本文介绍了EXPERION PKS 系统原理，在延长石油集团榆林炼油厂重整加氢及苯抽提搬迁装置上的配置情况，对投用前装置系统安装、调试等进行说明，并对装置EXPERION PKS系统提出了进一步的建议。
1. 装置概述
“陕西延长石油(集团)有限责任公司炼化公司榆林炼油厂延安炼油厂重整-加氢装置异地搬迁及相关配套改造工程”项目是将原延安炼油厂的重整装置及加氢装置异地搬迁到榆林炼油厂，并新建苯抽提装置。
原重整、加氢装置采用的是CENTUM-CS 系统，于1995 年由原西仪横河公司负责供货实施并投入使用。该DCS 运行了近13 年，进入故障高发期，硬件日趋老化，故障频繁。
本次搬迁新上一套DCS系统，用于重整、加氢、苯抽提装置及公用工程的调节、记录、指示、积算、报警等功能操作。整个DCS 控制系统由控制站、操作站、工程师站、打印机和辅助操作台等设备和应用服务器等组成。
本项目按3个独立的控制单元配置，即30 万吨/年催化重整装置、40 万吨/年柴油加氢精制装置、10 万吨/年苯抽提装置
2. HONEYWELL EXPERION PKS系统介绍
EXPERION PKS(Process Knowledge System)系统是Honeywell公司最近推出的新一代控制系统,它继承了传统DOS的优点,同时又融合新的技术突破,是一套比TPS系统更趋完善的控制系统。该系统累积了霍尼韦尔多年来在过程控制、资产管理、行业知识等方面积累的经验，采用最先进的开放平台和网络技术，为工业企业提供一个统一的、全厂的、自动过程控制、设备和资产管理、直至生产管理、集成制造等一体化的知识系统体系结构和全系列的解决方案。Experion PKS 系统能满足各种自动化应用要求，为过程控制、SCADA 应用提供一个完全开放的平台，是满足业界要求的高性能、高灵活性、高可靠性的控制系统。
PKS系统基于Windows 2003 Server服务器操作系统平台, 利用高速动态缓存区采集实时数据,提供报警、显示操作、历史数据采集、报表报告等服务功能；HMIWeb技术基于工业标准的html文件格式和Web浏览器的访问界面；基于CEE执行环境的新一代C300控制器；面向对象的组态工具；FTE容错以太网络。
图1 系统结构图
2.1 主要的硬件部分
2.1.1 控制防火墙（CONTROL FIREWALL）
C200控制器、操作站和服务器不能连接到控制防火墙，但是C300控制器必须与控制防火墙连接，控制防火墙通过UPLINK可以连接到交换机上。可以使得广播信息风暴得到抑制，C300控制器不受上层IP网络通讯量的影响。
2.1.2 C300控制器
C300 是新一代控制器，它完全抛弃了其它同类产品卡件与接线组件分别安装的传统理念，呈现给用户一个全新的设计，它将电子模块、电源分配、网络连接和信号接线组件集成在一块卡板上，这种设计显著的节省了空间（节省30%），并提高了系统的可靠性（>99.992%）。
C300 控制器上集成的接口包括：容错以太网FTE 接口、GPS 时钟同步器接口（分辨率达1mS）、I/O Link 接口以及用于控制器冗余的接口。控制器上有FTE地址拨码开关，可以拨到相应的位置，本项目的重整、加氢、苯抽提的控制器地址分别为1、3、5。
控制器冗余配置时，采用两个完全相同控制器，从而可以实现真正意义上的全冗余，基本控制器和冗余控制器之间的同步对用户是完全透明的,两控制器完全相同，物理上没有主副之分，谁先运行谁为主。当控制器故障发生时自动进行切换，切换时间对应用来说是可以忽略不计的。
2.1.3 C系列I/O卡件
有HART AI卡、LLMUX卡、HART AO卡、DI卡、DO卡，卡件上有相应的地址跳线。
2.1.4 通讯网络FTE
服务器通过专利技术的FTE（FAULT TOLERANT ETHERNET容错以太网）网络和控制器通讯，服务器和操作员站之间也通过容错以太网通讯。FTE是PKS的控制网络，提供了容错的特点以及快速的网络响应，而且提供了工业以太网控制应用的安全性。容错以太网意味着网络是冗余配置（物理），但是采用单一网络结构（逻辑），所以切换速度快可达1秒，它可提供比普通以太网更多的通讯路径，以先进的多路由选择替代双网结构的传统冗余模式网络，FTE节点之间有4条路径。
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2.2 软件部分
2.2.1 控制策略的组态软件（Control Builder）
可以创建C300控制器和相应C系列的卡件。Control Builder组态全部采用图形化的工具，系统的控制程序是以CM（控制模块）为基本单位，可以单独从控制器中上装、下装。每个CM有自己的控制周期，这个周期必须为CEE(控制执行环境)周期的倍数，CEE周期有5ms,50ms两种，我们在工程中选用50ms的CEE。
2.2.2 系统服务器的组态软件
用于过程实时数据采集、操作、趋势、报告、打印、事故报警等功能的服务器软件，它基于Windows 2003 SERVER设计，系统的所有组件集成为一体。当用户创建的控制策略下装时，相应的数据同时自动下装到控制处理器和系统服务器数据库中，在服务器数据库中自动建立每个组态生成的模块（CM、SCM、IOM等）所对应的点，控制器和PKS服务器使用统一的位号点名称。本项目中Experion PKS过程系统的服务器是冗余配置的，以提供更高等级的可靠性。 系统服务器的组态软件还包含以下组态软件：
•Quick Builder 系统资源组态软件：
组态系统硬件，例如FLEX操作站、打印机、第三方控制器中相应的标准点。
•Enterprise Model Builder 企业模型组态：
组态和分配Asset。定义每个操作站对Asset的操作权限，从而规定此站的操作工对过程操作的权限。
2.2.3 流程图绘制软件HMIWeb Display Builder
PKS的人机界面采用HMIWeb技术。HMIWeb使用HTML作为用户显示画面格式，可通过操作员站（Station）环境或IE浏览器来显示和操控过程显示画面。系统还提供了大量的标准显示画面：菜单导航、报警汇总、事件汇总、趋势、操作组、点细目、系统状态、回路调节、诊断和维护、汇总等。
3. 控制方案在EXPERION PKS 系统上的实现
3.1 I/O 点数统计
根据系统监控要求，重整、加氢、苯抽提PKS系统要检测和控制的点的数量（I/O点）如下表：
此外，一套ESD系统、16个MTL多路温度采集器分别都需要和PKS通讯，在DCS系统进行显示，共计17个通讯接口。
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3.2 硬件配置
根据I/O点数及装置的监控要求，考虑备用余量，配置了一对控制防火墙，三对冗余控制器，3个C系列I/O机柜和一个网络柜。一对冗余的服务器，8台FLEX操作员站，四台CISCO交换机和三台作为TERMINAL SERVER的MOXA SERIAL NPORT 5630-8。
4. 系统组态、安装调试
4.1 控制策略组态(控制器内程序)
根据设计院提供的IO数据表、P&ID图及相关逻辑，在机柜中确认所有的I/O卡件位置以及地址，分配好所有的I/O点通道，建立从机柜－卡件－通道的IO接线信息表，以便随时查到相关信息； 然后在Control Builder程序中，创建三对C300控制器（分别对应重整、加氢、苯抽提三套装置），再分别添加相应的I/O卡件 ，并将所有卡件分配到对应的控制器中；新建各种CM，然后将I/O通道块分配定位到I/O卡上；下装控制器、I/O卡、CM点，联机调试。
具体的特点:
•各种控制点的控制周期选择
DCS和PLC的一个区别是DCS控制点的运算周期是可以预先确定的，而PLC一般无法预先确定。 我们常用的周期是：模拟采集CM为1秒，数字采集CM为1秒，模拟控制回路CM为0.5秒，数字控制CM为1秒，顺序控制SCM为1秒。确定每个CM的周期可以清楚的知道每个控制策略的反应时间，既不浪费系统资源，又保证系统的处理速度。每个CM还有一个相位的问题，共有40个相位可选，这样可以确保在任何时间内的CPU负荷平衡。
•数字控制回路DEVCTLA
也就是两位式的阀门控制，有两个阀门回讯DI信号，指示阀门全开、全关；一个输出控制DO信号，根据回讯信号，可以判断出阀门可能的四种状态：全开、全关、运行中、故障。当开阀信号发出后，经过时间T1，开回讯信号没来，或者当关阀信号发出后，经过时间T2，关回讯信号没来需要报警。
4.2 第三方控制器通讯点的组态
在MOXA SERIAL NPORT 5630-8中设置Baud Rate、 Parity Check 、Data Bits 、Stop Bits以及Serial Interface:RS-485 2-Wire。
在Quick Builder中建立Channels,设置Terminal Server、 Modbus RTU；再建立Controllers,设置Data Table类型：Digital Output、Digital Input 、Input Register 、Holding Register；最后建立Points,设置PV Source Address, Point Id填写在DCS操作站中该通讯点调用显示的位号。
以上的通讯参数设置必须和第三方系统即ESD系统、MTL多路温度采集器中的设置一致，而且数据类型及相应的地址必须正确。
另外在建立Points时PV Source Address的设置格式：例如MTL多路温度采集器为MTLCONMOD1 15 U16B（AI点），Range Value为0-6553。
4.3 流程图画面组态
用HMIWeb Display Builder程序绘制工艺流程图，然后在Station中进行历史数据采集、操作组、趋势组、、报告以及安全性等的设置。 PKS系统提供了大量的标准显示画面，除了需要绘制工艺流程图，像报警、历史数据等其他功能显示界面，不要再进行图形绘制，系统是标准化的，只填入参数即可。
下面列出一些主要的监控画面：
图3 预加氢部分
图4 重整反应部分
图5 抽提塔部分
5. 安装接线
本重整、加氢、苯抽提PKS系统采用C系列的I/O，共有3个控制柜和一个网络柜，从安全栅柜过来的信号线接到卡件的接线端子上，其他不需要经过安全栅的信号均使用继电器或中间端子后连接到系统柜卡件。关于网络电缆的连接一定要注意，两台交换机之间的级联线是CROSS OVER CABLE，另外网络线的颜色是黄色FTE A，绿色FTE B。
6. 小结
EXPERION PKS系统在榆炼重整、加氢、苯抽提装置是第一次应用，在装置设计、组态过程中经过了大量的调试、修改工作，并尽最大的可能满足了工艺的操作要求，目前系统已经运抵现场正在进行现场调试的考验。
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