1 引言
利用計算機信息技術,實現煉油、化工裝置生產過程的自動控制是石化企業提高經濟效益，少投入多產出，挖潛增效，提高市場競爭力的重要途徑和措施。茂名石化煉化股份公司為提高市場競爭力，及航空煤油上升等級，在其煉油廠新建了一套1.2mt/a的航煤加氫裝置。該裝置占地面積80.6×46m2，總投資7253.70萬元，是全國最大航空煤油生產裝置，是"九五"期間實施的煉油改擴建工程的配套項目之一，在茂石化公司有著較重要的地位。該套裝置中含有加熱、汽提、加氫反應等多種工藝過程，牽涉的設備較多，各工藝變量間又有一定的相互關聯。工藝設備規模較大，且作為被控對象，控制的難度較大。因此，對該套裝置采用傳統的單元儀表進行控制，已較難達到預期的控制品質和節能目標，也不能適應新時期對控制系統有較好控制質量、高安全可靠性和采用先進控制策略等要求。
centum cs3000是日本橫河電子公司開發的一種較新型的集散控制系統，它將dcs的性能與pc完美結合，并采用bbbbbbs nt操作系統，使其具有開放的操作環境，在pc機上實現全部集散控制系統的功能，屬于新一代開放型網絡控制系統，在石化行業的應用也較為廣泛[1]。就其具有的功能及特點而言，適合前述的控制要求。
2 cs3000系統簡介
2.1 系統功能
cs3000的系統功能包括his功能、fcs功能和組成這些功能的工程師功能。
（1）his功能。centum系統操作站（his）由eops型操作站、eopc型控制臺、eprt2型串行打印機、echu型彩色硬拷貝機等設備構成。eops型操作站與eopc型控制臺外觀基本相同，都有crt顯示器和操作鍵盤，但eopc型控制臺沒有微處理器及軟硬盤驅動器等，是epos的終端設備。
操作站功能主要由窗口監視功能、操作支持功能、數據收集和處理功能、開放數據接口功能和維護功能等五大部分組成。
（2）fcs功能。fcs功能由標準控制功能和通訊i/o模塊構成。在標準控制功能中，提供各種各樣的功能塊，如反饋控制功能塊、順序控制功能塊、計算功能塊、儀表面板功能塊、單元監視管理模塊等等。通過對功能塊的組合可以實現各種簡單和復雜的控制功能。而通訊i/o功能則是利用通訊模件與plc或其他子系統的數據通訊。通訊模件安裝在現場控制站的通訊i/o箱內，由通訊數據提供該標準控制功能。
（3）工程師功能。工程師功能分成系統生成功能和系統維護功能兩大部分。
系統生成功能就是對項目功能、fcs功能以及his功能的建立，通過系統生成功能，可以實現整個生產過程的工程師組態，即用戶可通過系統生成功能建立起系統運行、操作監視功能、控制功能等一系列應用數據庫。
系統維護功能包含系統監視功能和定期檢查維護的功能，通過his系統維護窗口實現，并在窗口中顯示在線的系統狀態和系統報警狀態等，提供了一個系統維護的良好的操作界面。
2.2 系統測試功能
系統測試功能是新型集散控制系統cs1000/cs3000以及cs3000 r3的獨特功能之一。利用系統測試功能，在集散控制系統投入實際操作運行之前，對各組態器產生的操作、監視和控制功能進行檢查、調試等操作；也可以將系統測試功能與工程師功能并行使用，擴大了系統測試功能的應用范圍。
2.3 系統通信
cs3000中使用的通信系統有e網、v網、以太網和遠程輸入輸出總線。
e網是cs的內部局域網，是信息指令站和工程師站間的連接通路，通信頻率是10mp/s，采用總線型拓撲結構，通信媒體是同軸電纜，最大傳輸距離是185m，最多的連接站數16點。
v網是現場控制站和操作管理用的信息指令站、其他上位站或總線轉換器等設備間的通信網絡。通常，它采用雙重化的通信方式，是系統內部實時控制用的通信網，傳輸速率10mp/s，采用總線拓撲結構，最多可連接64個站。
以太網用于實現本系統與上位系統的通信。利用以太網，本系統和位于上位的具有大容量的數據管理系統可進行數據的通信并提供系統的數據。第三方的計算機也能通過以太網與本系統連接，存取cs的數據，從而使系統達到真正的開放。
遠程輸入輸出總線（rio：remote bbbbb/output）是一條該公司的內部現場通信總線，是連接現場控制站與現場控制單元輸入輸出信號的橋梁。
2.4 系統特點
（1）綜合性：centum-cs3000是一個功能齊全的系統。它綜合了多種控制、管理、自動化和信息技術于一身。
（2）開放性：cs3000系統是緊跟it技術發展的開放性局域網結構。操作站的硬件可采用最新型的pc機；系統軟件可采用最新的bbbbbbs xp或2000（中文版）作為操作系統；通訊接口提供dde和opc兩種接口，可直接與用戶的上位工廠信息管理系統（pims）、internet網、intranet網連接和通信；也可通過標準協議與多個廠家的plc系統、以及符合ff、hart、profibus-dp等現場網絡標準的廠家的設備進行通信；另外，還可直接將各種通用應用軟件如ms-excel、vb等應用于工程中。
（3）高可靠性：控制站采用4個cpu成對冗余熱備技術，可實現在任何故障及隨機錯誤產生的情況下連續不間斷地運行；供電系統、通訊網絡和總線、i/o模塊均可實現雙重化；vnet總線采用交替工作模式的雙重化結構。
（4）高性能：控制站采用高速risc處理器，可進行64位浮點運算和可進行最高50ms控制周期的模擬與邏輯控制。
（5）高效簡捷的工程：系統提供cae（計算機輔助工程），直接用control drawing圖或填表格的方式進行軟件組態，軟件組態十分簡潔直觀。并可提供虛擬測試和仿真軟件，從而縮短軟件的調試周期。
3 航煤加氫裝置工藝簡介
加氫精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜質及金屬雜質，改善油品的使用性能。過程在氫氣存在下使油品中的有機含硫、含氮化合物以及金屬有機化合物發生氫解，從而達到精制的目的。
航煤加氫是在一定的溫度、壓力、氫油比和空速的條件下，借助催化劑的作用，把油品（直餾航煤）中的硫、氮、氧化合物轉化成相應的烴類及易除去的硫化氫、氨或水從而脫除，并將油品中的雜質如重金屬截留在催化劑中。同時烯烴、芳烴得到飽和，從而得到安定性、燃燒性都較好的產品。在本裝置的操作條件下，一般只進行脫硫、脫氧及少量脫氮反應，以改善航煤的酸值、硫醇硫和總硫等指標[2]。
其中，加熱爐、加氫反應器及汽提塔的控制均是影響產品質量的重要因素，且裝置具有高溫、高壓、易燃易爆、工藝連續性強、復雜性高和安全要求高等特點。
4 基于cs3000實現的航煤加氫裝置自動控制
航煤加氫對主要參數與變量的控制最終可以歸結為安全性、穩定性和經濟性三大控制要求，而操作的穩定性更是影響航煤餾出質量的重要因素。綜觀各dcs的功能與特點，日本橫河的centum cs3000以其高可靠性脫穎而出，它可以實現在任何故障及隨機錯誤產生的情況下連續不間斷地運行，確保了裝置的平穩運行，而且該系統組態和維護畫面簡潔友好，容易操作，適合新上的裝置[3]。
4.1 系統配置
航煤加氫裝置cs3000的系統配置簡圖如圖1所示，主要由以下幾個基本部分組成。
圖1 dcs系統配置圖
（1）his（人機接口站）。his是工業控制中的人機接口單元，擔負著系統組態和系統操作的雙重任務。它主要是利用圖形窗口對生產過程進行操作和監視，安裝有系統生成、系統維護和測試功能的軟件，把過程數據、趨勢數據、報警、公告和其他信息傳送到上位機或工作站，用于操作人員對生產過程的監控和操作，也能夠用于組態和維護。centum cs-3000的人機接口單元采用中文版bbbbbbs nt 4.0操作系統，及x-bbbbbbs和motif圖形用戶界面（gui），給操作和維護帶來了便利。
（2）fcs（現場控制站）。fcs為雙冗余現場控制站，可通過通訊接口與可編程控制器或數據采集裝置相連，也可利用現場總線通訊卡件掛現場總線儀表，實現過程數據的監視、控制和運算。主要用于完成控制功能，即采集現場的過程變量，通過vl net網把數據送到操作站，按照一定的控制規律產生輸出信號并輸出到控制現場的執行器，以維持過程的平穩?？刂平M態數據存于fcs的內存模塊中，通過rio bus連接各種接口卡件，實現現場儀表和室內的數據傳送。
fcs硬件主要由現場控制單元（fcu）、遠程i/o總線（rio bus）以及節點（node）三部分組成。使用32位risc中央處理器，結構為容錯型的雙重化設置。在計算機用戶功能的基礎上提供了常規、順序和邏輯等控制功能?？刂平M態數據存于fcs的內存模塊中，fcs的工作原理：通過rio bus連接各種接口卡件，接收從輸入安全柵過來的信號，經處理送到輸出安全柵。
（3）eng（工程師站）。工程師站其實就是個人計算機，用于系統組態、用戶組態等工程方面的工作。
（4）vnet網（實時控制網）。它將fcs與his相連，可以掛bcv和通訊門路單元。允許以10mbps傳輸速率進行雙向數據通訊，并采用令牌總線傳輸協議滿足快速響應和可靠性的要求。
（5）ethernet(以太網電纜)。航煤加氫的centum cs使用ethernet作為eng(工程師工作站)和ics(信息指令站)之間，以及ics與管理計算機之間的數據傳輸的局域信息網(lan)。
（6）bcv或abc（總線轉換器）。總線轉換器將cs3000與centun cs或?xl連接成一個總系統，允許進行集中操作和監視，在his上操作和監視現場控制單元和現場監視單元。
（7）cgw（通訊網關）。cgw用來從一臺計算機或unix工作站獲取或設置fcs數據。
4.2 控制圖組態
控制圖組態即是對裝置內各自動控制系統的控制算法、pid控制功能塊等加以定義[4]。
裝置的常規控制組態主要在控制算法組態器中完成，控制算法組態器用于編輯控制算法，如添加或刪除功能塊、改變連線或控制命令?？刂扑惴ńM態器由功能塊列表和組態畫板組成。在功能塊列表中可以增加或改變控制命令，在組態畫板里可以生成組態符號（功能塊和連接塊）和組態連接，被組態的功能塊自動在功能塊列表中注冊。
以加熱爐的聯鎖和切換控制為例，與常規加熱爐控制的聯鎖相比，本裝置的加熱爐新增了三處設備聯鎖，一是引風機運行狀態與煙道擋板開啟、煙囪擋板關閉切換的聯鎖；二是鼓風機運行狀態與關閉爐底快開風門之間的聯鎖；三是預熱器出口溫度與停鼓風機、引風機之間的聯鎖。這個回路組態時，有以下兩個關鍵點：首先，輸出切換過程應避免回路出現斷路，否則控制器輸出將強制輸出0，從而引起切換干擾；其次，從一個擋板切換到另一個擋板時，因考慮到氣流平衡等的影響，切換過程要適當增加一點延時，這樣可以減少擾動的產生。切換關系的組態圖如圖2所示。
圖2 切換控制關系組態圖
tn01、02為延時模塊，延時時間設為5秒，作為無擾動切換用。
c1、c2 calcu計算模塊主要用來編程實現uv301b.mv=0和uv301a.mv=0的功能。
s1 st16順控表組態內容如圖3所示。
圖3 s1 st16順控表組態內容
總之，要做好dcs組態工作,要協調好設計單位、最終用戶、施工單位、dcs供應商等方面之間的關系,既要有分工又要精誠合作。除熟悉dcs組態技術外,要準備好設計資料,了解工藝流程和控制方案,做好系統組態、下裝、調試和完善等工作。
5 結束語
centum cs3000在茂名石化公司航煤加氫裝置應用以來，控制系統運行穩定，控制效果良好，裝置各設備及整個生產過程情況正常，從未發生死機現象，產品質量符合國家標準，未出現過任何由于控制系統引起的生產事故，并在工藝過程的節能、降耗方面起著積極的作用。可見，該dcs系統在航煤加氫裝置中的應用是成功的。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
