1. 南通醋纖公司的工藝狀況及自控系統(tǒng)背景 南通醋酸纖維有限公司（以下簡(jiǎn)稱NCFC）是主要生產(chǎn)醋酸纖維用作香煙過濾嘴用絲束的中美合資大型工業(yè)企業(yè)，集熱電、化工、輕紡為一體，生產(chǎn)區(qū)域按其功能分為3塊，即：紡絲、醋片和公用工程區(qū)域，主要產(chǎn)品為二醋酸纖維絲束及其原料二醋酸纖維素片。其中醋酸裂解和醋酸精餾同在一套控制裝置中完成。整個(gè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度及水平很高。 由于市場(chǎng)需求不斷增加，2004年，NCFC開始四期擴(kuò)建工程，擴(kuò)建后的規(guī)模和生產(chǎn)能力將大幅度的提高。其中醋酸精餾生產(chǎn)裝置的擴(kuò)建是四期工程的重要部分，主要包括7個(gè)生產(chǎn)裝置的擴(kuò)建。 NCFC的工藝裝置在1993年二期采用了RS3（4～20mA輸出信號(hào)）控制系統(tǒng)，1998年三期升級(jí)為RS3（4～20mA+HART輸出信號(hào)）控制系統(tǒng)。RS3控制系統(tǒng)是非常經(jīng)典的DCS系統(tǒng)，幾年來的運(yùn)行情況也得到了充分的肯定。但是從發(fā)展的角度來看，四期擴(kuò)建工程的自控系統(tǒng)方案是否延續(xù)使用RS3系統(tǒng)有待全面論證。 2. 四期自控系統(tǒng)的選擇 2.1 控制系統(tǒng)性能評(píng)估 在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)我們需要考慮直接及間接經(jīng)濟(jì)效益。具Emerson公司提供的參考數(shù)據(jù)，通常來說DCS操作站的壽命一般是5年；控制器的壽命大于15年；I/O板卡的壽命是大于20年；現(xiàn)場(chǎng)接線（電纜）的壽命是大于40年。DCS的板卡的維護(hù)成本是隨著年代的推移而增加，而板卡的技術(shù)水平是隨著年代的推移而降低。為了使得原有的DCS投資不浪費(fèi)，通常先考慮做操作站改造，其次是考慮控制器的改造及最終I/O級(jí)的改造。如果簡(jiǎn)單的將系統(tǒng)推倒重建，那么就會(huì)造成原有的、仍然具有使用價(jià)值的DCS系統(tǒng)的硬件及軟件資源浪費(fèi)。系統(tǒng)推倒重建所要投入的費(fèi)用不僅僅要考慮購(gòu)買新系統(tǒng)的投資，還應(yīng)該考慮到重建新系統(tǒng)所引起的相關(guān)工程投資（比如人力，物力及財(cái)力）及長(zhǎng)時(shí)間停車所造成的直接工廠盈利損失。 醋酸裂解和精餾裝置二、三期系統(tǒng)均采用了Emerson的RS3 DCS系統(tǒng)，從RS3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性考慮，如果在系統(tǒng)擴(kuò)展中繼續(xù)使用RS3系統(tǒng)，雖然大部分控制策略和操作界面可以共享，但是從綜合性能比較，系統(tǒng)要進(jìn)行全面的評(píng)估。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，作為老一代DCS代表的RS3系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日益升級(jí)的控制和管理要求，存在一些不可避免的問題： 操作環(huán)境、數(shù)據(jù)總線和網(wǎng)絡(luò)通訊為封閉的系統(tǒng)，在平臺(tái)開放性方面功能較弱； RS3系統(tǒng)逐步被主導(dǎo)產(chǎn)品所取代，備件供應(yīng)困難、價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高； RS3系統(tǒng)受到內(nèi)部功能和結(jié)構(gòu)的限制，擴(kuò)展性能差等等。 目前，Emerson公司的主推DCS產(chǎn)品DeltaV系統(tǒng)在繼承RS3系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還融入了最新的自動(dòng)化科技，如：支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線，基于工業(yè)以太網(wǎng)，易于擴(kuò)展，可在線升級(jí)，同時(shí)內(nèi)嵌各種復(fù)雜控制算法和先進(jìn)控制系統(tǒng)。因此DeltaV（4～20mA+HART輸出信號(hào)）系統(tǒng)成為四期系統(tǒng)擴(kuò)展的主要選擇，但也帶來幾個(gè)難點(diǎn)：在線升級(jí)、新老系統(tǒng)的無縫集成、控制策略和人際界面的重新開發(fā)等。經(jīng)過認(rèn)真的技術(shù)交流和綜合分析評(píng)估，從工廠的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展利益、保持系統(tǒng)的先進(jìn)性、可擴(kuò)展性及整體性考慮，我們最終選擇了原RS3系統(tǒng)改造升級(jí)、新DELTAV系統(tǒng)擴(kuò)展、兩個(gè)操作界面統(tǒng)一的全集成方案。 2.2 四期控制系統(tǒng)架構(gòu) 原二、三期系統(tǒng)包括RS3系統(tǒng)（7對(duì)冗余的控制器）和兩套Tricon ESD緊急停車系統(tǒng)，四期系統(tǒng)將在此基礎(chǔ)上增加一套DeltaV系統(tǒng)和兩套Tricon ESD緊急停車系統(tǒng)。同時(shí)，將原有的RS3操作站全部替換為基于Windows平臺(tái)的DOR和DeltaV操作站。DeltaV控制系統(tǒng)包含8對(duì)冗余的控制器，分別控制相對(duì)獨(dú)立的8個(gè)子區(qū)域，以盡量減少控制器間的通訊。新增的兩套Tricon ESD緊急停車系統(tǒng)分別控制兩套裂解爐裝置的安全停車 [align=center] 圖一：四期控制系統(tǒng)架構(gòu)[/align] 2.3 新老系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì) 四期系統(tǒng)改造完成后，要求原RS3具有系統(tǒng)開放性、通用性。將PEERWAY 通訊協(xié)議通過專用網(wǎng)絡(luò)接口（包括硬件與驅(qū)動(dòng)軟件）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，與四期新擴(kuò)展的DCS系統(tǒng)在控制層、操作層、通信等方面完全100%兼容。在確保這些數(shù)據(jù)的完整性及高度可靠性的前提下，實(shí)現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)、控制器數(shù)據(jù)、中間計(jì)算數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)的完全共享，無限量的快速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，而中間不需要任何轉(zhuǎn)換接口服務(wù)。最后，使得兩個(gè)不同的控制系統(tǒng)在同一個(gè)操作系統(tǒng)下來完成所有的生產(chǎn)過程控制，從而得到完美的結(jié)合。 由于四期系統(tǒng)是一個(gè)新老系統(tǒng)、異種系統(tǒng)的集合，不同系統(tǒng)之間的互連成為了項(xiàng)目實(shí)施的重點(diǎn)，并在一定程度上影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此系統(tǒng)間的接口設(shè)計(jì)中必須解決以下幾點(diǎn)問題： HMI與RS3、DeltaV之間的通訊 四期HMI（人機(jī)界面）系統(tǒng)需要將RS3原有的操作站全部替換為Windows平臺(tái)上的DeltaV操作站，而標(biāo)準(zhǔn)的DeltaV Operator軟件是不能連接RS3的，必須使用DeltaV Operator for RS3（DOR）軟件結(jié)合RNI設(shè)備才可以與RS3通訊。且每個(gè)RNI建議連接不超過3個(gè)DOR。為此我們將10個(gè)操作站分為兩組：6臺(tái)安裝DOR，既可以訪問DeltaV又可以通過RNI訪問RS3；其余4臺(tái)安裝DeltaV，只能訪問DeltaV系統(tǒng)。 DOR作為RS3系統(tǒng)的HMI軟件，雖然可以瀏覽DeltaV的畫面，但在功能上與DeltaV有著較大的差別。例如，由于工具欄和報(bào)警欄的不同，DOR無法打開DeltaV的報(bào)警列表和操作記錄，也不能看到DeltaV的實(shí)時(shí)報(bào)警條，這樣對(duì)于在DOR上想同時(shí)瀏覽DeltaV畫面的用戶來講不太方便，為此，我們對(duì)DOR的系統(tǒng)畫面做了一些修改，使用戶可以在DOR和DeltaV兩個(gè)系統(tǒng)間自由切換。 RS3與DeltaV之間的通訊 由于生產(chǎn)擴(kuò)建中并不是新建所有的工藝裝置，有些設(shè)備將成為三、四期系統(tǒng)的公用設(shè)備；有些原來由RS3系統(tǒng)控制的設(shè)備并不接入DeltaV系統(tǒng)，但控制策略需要在DeltaV中實(shí)現(xiàn)。這樣一來，勢(shì)必需要在RS3系統(tǒng)與DeltaV系統(tǒng)之間建立起控制器間的通訊。我們采用Modbus通訊和OPC Mirror數(shù)據(jù)鏡像兩種方式來實(shí)現(xiàn)： Modbus通訊 在RS3和DeltaV的Modbus模塊之間建立Modbus連接。 OPC Mirror數(shù)據(jù)鏡像 在一臺(tái)服務(wù)器上安裝DeltaV OPC Server和Matrikon OPC Server for RS3 RNI，建立OPC Mirror中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)RS3與DeltaV的數(shù)據(jù)交換。 Modbus通訊方式只跟硬件相關(guān)，較為可靠但數(shù)據(jù)傳輸量較少，適合用來交換較為重要的控制數(shù)據(jù)；OPC Mirror方式需要通過OPC軟件中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，適合不太重要或數(shù)據(jù)量大的交換。 DeltaV與Tricon ESD之間的通訊 四期工程中采用了兩套TRICONEX公司的Tricon三重冗余容錯(cuò)PLC控制系統(tǒng)，它需要包含對(duì)4臺(tái)裂解爐的控制、安全保護(hù)、安全緊急停車和事故記憶等功能。Tricon系統(tǒng)的I/O卡件均采用冗余結(jié)構(gòu)，每個(gè)輸入/輸出點(diǎn)的信號(hào)都采用三重選舉電路處理，因而安全性和可靠性極高。Tricon ESD系統(tǒng)需要將各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的報(bào)警信息和控制流程傳送到DeltaV系統(tǒng)的操作界面上監(jiān)視，這些信息都是停車或工藝診斷的重要依據(jù)。作為一種簡(jiǎn)單而又可靠的通訊方式，Modbus通訊成為了DeltaV與Tricon ESD系統(tǒng)之間通訊的首選：DeltaV系統(tǒng)作為Modbus主站，Tricon ESD作為從站，實(shí)現(xiàn)兩者間通訊。 DeltaV、RS3與管控系統(tǒng)間的通訊 DeltaV、RS3與管控系統(tǒng)間的通訊主要是指將過程數(shù)據(jù)提供給管控系統(tǒng)用來歸檔或做進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析用。系統(tǒng)利用DeltaV OPC Server 和Matrikon OPC Server for RS3 RNI可以提供大量實(shí)時(shí)的OPC數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)的及時(shí)采集、優(yōu)化控制及管控一體化。 2.4 AMS智能設(shè)備管理 在四期項(xiàng)目中選用的儀表幾乎都是支持HART協(xié)議的，DeltaV中也選用了集成HART的I/O模塊。這樣，通過AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)與DeltaV系統(tǒng)的集成，工程師無需抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，從PC上您就可以檢查設(shè)備狀態(tài)、組態(tài)、調(diào)整量程以及執(zhí)行診斷。AMS的優(yōu)勢(shì)還在于： 可支持220 種以上的HART設(shè)備和80種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。 支持在線訪問設(shè)備診斷信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，立即發(fā)現(xiàn)存在的故障。在故障造成重大事故前，及時(shí)采取措施。 提供獨(dú)特的在線性能診斷，實(shí)現(xiàn)最佳的閥門預(yù)測(cè)診斷。 能夠方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與標(biāo)定器之間的數(shù)據(jù)傳送?？商峁┟總€(gè)設(shè)備的標(biāo)定結(jié)果和所有的維護(hù)信息，有助于遵循各類管理機(jī)構(gòu)的規(guī)范。 2.5 實(shí)施計(jì)劃 “良好的開始是成功的一半”，正確周密的實(shí)施計(jì)劃是項(xiàng)目順利進(jìn)行的關(guān)鍵，對(duì)于多系統(tǒng)集成的項(xiàng)目尤為重要。我們堅(jiān)持了從個(gè)體到集成的調(diào)試原則，從每個(gè)通道到每個(gè)模塊再到每個(gè)子系統(tǒng)，最后確保整個(gè)集成系統(tǒng)的準(zhǔn)確無誤，實(shí)現(xiàn)了開車一次成功。 3. 控制室設(shè)計(jì)方案 在1993年的二期設(shè)計(jì)中，在控制室內(nèi)設(shè)置了值班室、儀修室，為日后的擴(kuò)建需求做出了預(yù)留。在1998年的三期設(shè)計(jì)中，將值班室改造為控制機(jī)柜室；在2004年的四期設(shè)計(jì)中，再次將儀修室改造為控制機(jī)柜室。所以，二、三、四期共同使用一個(gè)中央控制室，操作、檢修都很方便，也從基礎(chǔ)設(shè)施上為此次新老系統(tǒng)升級(jí)、合一在上提供了可能。四期成功開車后，操作工作的便利性，令廠方十分滿意，這是自控設(shè)計(jì)中值得借鑒之舉。 4. 開車效果 目前，四期工程中的2個(gè)裂解爐已經(jīng)成功開車。單單從經(jīng)濟(jì)效果上來說，在如此短的工程建設(shè)周期中、在原有的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)升級(jí)改造，節(jié)省了大量的DCS投資及相關(guān)工程中的人力、物力、財(cái)力投資，也大大減少了長(zhǎng)時(shí)間停車所造成的直接工廠盈利損失。 5. 總結(jié) 醋酸裂解和精餾生產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)的擴(kuò)展采用了RS3、DeltaV和Tricon系統(tǒng)，均是國(guó)際一流的控制系統(tǒng)，將三者全集成在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，節(jié)省了大量的工程投資，縮短了停車的時(shí)間。此次擴(kuò)建，從設(shè)計(jì)到成功投運(yùn)都是新老DCS控制系統(tǒng)無縫集成的一次創(chuàng)新嘗試。項(xiàng)目成功的關(guān)鍵在于對(duì)各系統(tǒng)全面深入的研究和理解、對(duì)工藝的洞悉以及對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的把握。周密可行的實(shí)施計(jì)劃，科學(xué)嚴(yán)格的項(xiàng)目管理，保證了項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)始終處于控制之中，直至項(xiàng)目圓滿成功。