Experion PKS系统在聚乙烯装置中的基本应用

王小龙

(中国石化齐鲁分公司运行维护中心，山东 淄博 255400)

1 工艺简介

装置采用GPE气相流化床聚乙烯专利技术，具有流程短、投资省、操作费用低、产品牌号切换方便、单体消耗低、原料毒性小、反应操作压力和操作温度较低等特点，由原料精制、聚合反应、脱气与回收、造粒风送及相关的公用工程系统组成，聚合反应采用国产钛系、铬系催化剂，以乙烯为主要原料，丁烯-1、己烯-1为共聚单体，生产不同熔融指数和不同密度的产品。

2 控制系统简介

Experion PKS过程知识系统是Honeywell推出的新一代过程自动化系统，包括完整的调节控制、逻辑控制、顺序控制以及传动控制等，由冗余控制器提供面向对象的控制环境[1]。该聚乙烯装置采用的Experion PKS系统，主要应用于精制和反应单元，出料、造粒和风送单元均使用独立PLC系统，分别与PKS系统通讯，实现在PKS流程图画面中显示PLC过程参数的功能。

3 控制系统结构

该系统分为现场机柜间和中央控制室两部分。由于距离较远，超出了传统工业以太网的最大传输距离，因此采用光纤通讯。控制系统结构如图1所示。

图1 PKS系统结构图

现场机柜间是整个PKS系统的控制核心，包括过程控制站4个、冗余服务器1对、工程师站1台、FDM服务器1台。中央控制室配置了双屏Console Station操作站4台、Flex Station操作站1台、远程工程师站1台、FDM操作站1台。此外，网络柜内的光电转换器和交换机实现了冗余 FTE以太网配置。

4 控制系统配置

控制站：每个控制站拥有两路独立的UPS电源，保障供电安全。一对C300冗余控制器，承担I/O信号的处理和数据运算功能。防火墙可以有效地阻挡网络风暴及外部信号干扰，保证内部FTE通讯网络的畅通和高效传输，提高系统周期处理速率。

服务器：采用DELL服务站，通过全局数据库，依托FTE网络实现与控制器之间的数据交换，主要包括：全局的实时数据、趋势、报警、系统信息等。服务器采用冗余配置，主服务器与主控制器通讯，运行RTDB数据库，推送实时数据至操作站，实现对过程参数的完整监控功能。备服务器与主服务器通讯，运行EMDB数据库。两者在功能结构上相对独立，不可替代。但在保证数据库同步的前提下，当主服务器故障时，可自动或手动完成备服务器关键功能的切换。

操作站根据工作模式不同，可分为Console Station和Flex Station两大类，其中Console Station即使在服务器故障时也可以从控制器直接读取工艺参数，并完成控制指令的写入，保留一些关键控制功能，最大限度地保证工艺操作人员对装置的监视和操控。同时，组态配置为基于操作站的安全性，通过不同的用户密码区分不同的安全等级和操作权限，满足工艺人员在不同场景下的使用需求。允许操作站在获取工程师权限后可做工程师站使用，进行控制系统组态和系统日常维护。

FDM可以对PKS系统内支持HART协议的智能仪表设备的状态进行统一监视和组态配置，提升现场HART设备的维护效率，多应用于各类型变送器和定位器等现场仪表设备的重要状态参数的读取。GPS设备获得的时钟源用于校准主服务器的时间，再由主服务器通过FTE网络广播至其他节点设备，从而保证整个PKS系统的时钟同步和准确，这在报警及事件查询、故障分析等方面至关重要。

5 组态配置

Exerion PKS的组态软件主要包括有数据库组态软件Conf iguration Studio 、流程图组态软件HMIWeb Display Builder和监控画面软件Station。Conf iguration Studio作为重要组态软件，其常用功能主要有：控制策略组态软件Control Builder和系统数据库管理软件Quick Builder。

5.1 控制方案组态软件Control Builder

Control Builder支持C300控制器控制策略的离线组态和在线监视，能够进行多种数据预处理及控制运算、报警值设定等。通过创建的CM和SCM，可以实现对工艺参数的回路控制、逻辑控制、顺序控制等。例如，反应器压力PIC40094等主要控制功能通过CM实现，APC先进控制的底层控制功能与赋值顺控等功能通过SCM实现。

5.2 系统数据库管理软件Quick Builder

Quick Builder一般用于Stations类型的定义和分配、Servers规模及默认路径的配置，同时建立和管理SCADA通讯所需的Channels、Controllers、Points的QDB数据库。

5.3 流程图组态软件HMIWeb Display Builder

HMIWeb主要用于流程图的组态，可以实现对静态画面、动态数据显示、命令控件等内容的组态，以便于工艺参数的常规监视、报警指示和日常操作命令的下达。

5.4 监控画面软件Station

Station主要用于报警、事件、历史归档、趋势和组画面、站类型定义等多方面的组态配置，同时也是日常操作的监控窗口。

6 典型控制举例

6.1 进循环气丁烯流量控制

反应器进循环气丁烯流量控制回路FIC40008：根据工艺要求既可以对反应器进循环气丁烯流量控制阀门FZV40008A、FZV40008B进行分程控制，也可以用来控制丁烯/己烯计量泵转速，两种控制方案根据实际需要，可以通过流程图操作画面的软按钮进行自由切换。

为了实现该控制功能，分三个步骤进行组态，首先搭建常规PID控制回路并设置各个参数，其次在此基础上加入分程控制，最后再实现阀门或泵转速控制的选择切换功能。利用手操器模块MANUAL的控制模式MODE可以外部给定的特点，从而实现阀门控制和计量泵控制的功能切换。为实现该功能，要求将ESWFLCAS、ESWENB、EWSPERM引脚从手操器模块MANUAL引出并激活，同时要借助安全联锁SIFL功能，使控制器的输出能够独立的在不同输出通道间切换而又不会相互影响。

6.2 反应器温度控制

反应器温度采用串级分程控制方案，主要控制功能在串级控制中实现，其中主控制器的输出值作为副控制器的设定值，副控制器的输出值用来控制调温水阀开度。在正常生产期间，多采用TIC40026与TIC40046做串级控制，其中反应器温度控制TIC40026做为主回路，循环气冷却器出口温度控制TIC40046作为副回路，主控制器TIC40026的输出值作为副控制器TIC40046的设定值，副控制器TIC40046的输出值用来控制4台调温水阀TV40026A1、TV40026A2、TV40026B1、TV40026B2。

7 SCADA通讯

目前，该PKS系统的通讯主要分为两种类型：第一种是与SM系统之间基于TCP/IP协议，采用LAN Vendor的端口通讯，这种情况只需要将通道的端口地址和SM控制器的FTE网络IP地址对应即可。这种方法相对简单，利用以太网做传输介质，不用额外布线。第二种主要是与PLC之间使用Modbus RTU协议，利用Terminal Server的端口进行通讯，需配置通道、端口地址、数据位、停止位、比特率以及串口类型等一系列参数，同时还要使用RS485电缆连接。由于通讯延时的存在且可靠性较低，该PKS系统的数据通讯主要应用在对实时性要求不高的场合做显示。同时，也有少量通讯点配置了参数变量的写入功能，例如反应器出料时间的修改、出料次数的统计与清零等，就是从PKS系统向出料PLC系统写入而实现的。

8 结语

DCS集散控制系统在生产过程自动化控制领域已广泛应用，Experion PKS已逐渐成主流DCS控制系统之一。该系统自投用以来，已运行了两个检修周期，运行状态良好，控制器负荷稳定，尚未出现任何重大硬件故障及软件错误，可靠性较高。在今后的工作中将进一步加强系统维护，努力提升和优化控制系统的各项性能指标。