【摘要】霍尼韦尔Experion PKS控制系统在煤液化生产过程中，控制变压吸附的HPM控制器多次发生故障，不能确保装置安全稳定运行。因此将HPM控制器升级改造为更安全可靠的C300控制器。
【关键词】Experion PKS；C300；HPM；控制器
神华煤直接液化项目第一条生产线原设计使用的是Honeywell公司早期的Experion PKS系统，软件为R211.3版本，控制器使用C200控制器带PMIO卡件，由于C200控制器的顺序控制功能较差不能完成PSA的复杂逻辑控制，PSA控制采用了HPM控制器和PMIO卡件。HPM控制器是TPS系统的控制器，不是Experion PKS系统的控制器，再通过ESVT服务器把TPS系统升级为Experion PKS系统。
所以说PSA的控制系统采用的是HONEY-WELL公司早期的TPS控制系统和比较新的PKS200操作系统结合产品，虽然HONEYWELL的DCS系统是可以向下兼容的，但是由于全球上这种方式使用并不多见，中国国内除我厂两套以外也只有一套这样使用的。在开车运行过程中还是暴露出一些系统上的问题，如：系统冗余服务器失去同步，TPS系统LCN、UCN网时常出现故障，时好时坏，UCN噪音大，影响数据通讯；TPS系统操作站只有控制点才有面板，而且面板上没有报警值显示；TPS系统每台操作站的报警需要单独消声；TPS系统NIM两次无故离线等等。由于系统有这些问题再加上该系统应用得少，HONEYWELLDE的专业工程师对这样的系统了解得也不多，处理问题比较困难，影响安全生产。于是我公司对PSA的TPS+PKS200系统进行升级为PKS300，控制器用C300+PMIO。系统硬件升级后需要将TPS的程序转化为逻辑功能块，由于没有数据转化软件，需要重新组态。煤液化第一条生产线共有3个单元有PSA装置，分别是105、106、111单元，由于工艺、程序等相近，本文仅以105单元为例。
1.工艺介绍
变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA），是一种新型气体吸附分离技术。它以产品纯度高、节能经济、设备简单，操作维护简便、连续循环操作，可完全达到自动化等优点，被广泛应用于工业中。变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下对不同组分的吸附能力不同和在不同压力下对同一组分的吸附能力不同的特性进行气体分离的。将原料气在较高的压力下通过吸附剂床层，原料气中杂质N2、CO2、CO等组分被选择性吸附，因氢组分最不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢气和杂质分离的目的。然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于下一次进行吸附分离操作，这种压力下吸附杂质提纯氢气，减压下解吸杂质使吸附剂再生的循环便是PSA过程。
2.DCS系统
Experion PKS过程控制系统早期的软件是R200版本，控制器只能使用C200控制器。新发布的R300版本可使用C200控制器和C300控制器。新开发的C300控制器采用了新型结构和安装方式，可以带与C300控制器安装方式一致的C系列卡件，也可以带PMIO卡件。
C300控制器的顺序控制功能强大、计算速度快、处理能力强、散热性好，而且使用了防火墙技术，可靠性得到了进一步提升。因此，此次升级改造选择了C300控制器，由于C300控制可以带PMIO卡件，且在生产过程中PMIO卡件性能稳定、故障率低，所以可以保留原有的PMIO卡件及机柜。
在现有的HPM机柜内拆除HPM控制器卡件机架，PMIO机架适当移动调整，即可安装C300控制器和防火墙，I/O Link的通信距离不变，给C300控制器供电的24VDC电源也可以利用原机柜内的电源。该方案不增加新机柜，完全利用原机柜，费用最低，I/O机柜和接线不动，工程量也较小，可在年度停产大检修期间完成升级改造。
2.1 硬件配置
本单元共有CISCO交换机两台，防火墙卡件两块（冗余），C300控制器两块（冗余）。共使用21块PMIO卡件，其中AO卡件4块，AI卡件5块，DO卡件8块，DI卡件4块。冗余服务器2台，操作站4台，其中包括三台Flex Station和一台Console Station。组成如图2.1控制网络。
其中控制器与I/O卡件之间使用IOLink连接。系统供电由两路UPS分别供电，保证系统的长周期稳定运行。
2.2 系统软件
Epks R310系统是C300控制器的软件平台。主要包含Quick Builder、HMIWeb Display Builder两个工具软件。
Quick Builde是组态系统硬件的一种图形工具。通过它可对系统硬件包括Flex Station、打印机、第三方控制器中相应的标准进行组态。Experion PKS的控制策略也是用Quick Builder生成，它提供的各种功能块，用以实现不同的控制功能。每一个功能块带有一系列的参数，用于直观显示该功能块所具有的作用。功能块的有机组合构成控制模块CMs（Control Modules），而顺序的功能块FBs构成顺序控制模块SCMs（Sequential Control Modules）。SCM极大的简化了批量逻辑的设计，针对序列化的过程设备，通过一系列特定的步骤执行一个或多个过程任务。CM和SCM可以看做功能块的“容器”，他是创建，组织，验证控制策略的有力工具。每个CM可以组态为从5毫秒到2毫秒不同的执行周期，而每个功能块可以指定其执行的先后顺序。
HMIWeb Display Builder是一个全集成化的用户画面组态工具，用于生成用户专用的显示图形画面。通过使用脚本程序（VBScript和Jscript）和ActiveX组件，可以显著的增强图形画面功能。如高速动画、工具提示、控制操作等都可以通过脚本程序完成。 3.主流程
本单元主要流程画面共3副，分别为PSA-1/PSA-2/PSA-3.如图3.1、图3.2、图3.3所示。流程图是按照现场装置绘制，显示工艺流程及修改工业装置控制参数的画面。画面上动态显示各塔的运行状态、压力、原料气和产品气流量、产品气纯度。用红、绿两种颜色显示程控阀状态，红色表示阀门关闭，绿色表示阀门打开，操作员能够通过流程图全面了解装置的运转情况，因此，除了一些特殊操作外，一般都是观察流程图画面。
图3.1、图3.2两幅画面分别是单/双系列吸附塔模拟流程图画面，画面上有当前运行流程的步位时间显示，功能键操作区及相关信息组成。
4.主程序控制
基于PSA工序的流程特点，系统完全采用顺序控制模块。本工艺流程以12-3-6（以下简称12P）为主，主程序如图4.1所示循环结构，由于吸附塔状态的计算量比较大，计算部分由嵌套在主程序中的S1、S2完成。程序S1如图4.2所示，根据步位完成一到六塔的状态计算与程控阀位置，S2完成七塔到十二塔的状态计算，其程序结构与S1相同，这里不再给出。
5.公用程控阀的控制方案
5.1 终充调节阀控制
终充调节阀HV-001A自动跟踪单系列终充过程，HV-001B自动跟踪双系列终充过程。若终充调节阀有一台出现故障，另一台自动跟踪其功能。
终充开始时，终充调节阀首先按某一初始开度OP0（初始开度由操作人员手动调整）打开，然后根据公式计算设定值SP，使设定值随终充时间变化而逐渐增加。此时调节阀的开度由计算机根据设定值和测量值（处于终充塔的压力）的差值和变化速度经PID运算控制调节阀的开度，直到终充结束。吸附压力信号点从吸附压力调节阀压力信号。当压力变送器出现故障时此调节阀可以按斜率控制。
5.2 冲洗一调节阀控制
冲洗一调节阀PV-005A/B；冲洗二调节阀PV-006B/A，分别作用于单系列与双系列吸附塔，完成冲洗过程。若一台故障则停用顺放罐，通一系列的调节阀自动跟踪其功能。如：PV-005A故障，则顺放罐T2501A停用。同时KV-010＼PV-006A＼PV-006B分别替代KV-009＼PV-005B＼PV-005A个部位功能。
在12、11、10塔运行时，调节阀只有其中的两个过程（PV-005A、PV-005B只有前期和中期，PV-006A、PV-006B只有中期和后期），在程序编制中应注意未曾出现过的压力参数的衔接。各个调节阀单独一套参数。
5.3 逆放调节阀控制
逆放调节阀HV-002A/B自动跟踪双/单系列逆放二和冲洗过程，若一台故障，另一台自动跟踪。
6.结束语
PSA升级后的控制系统已在我厂运行将近两年，满足了现场装置长时间稳定运行的控制要求。各个吸附罐的压力正常如图6.1所示，满足了PSA的正常运行压力。本套系统操作控制简单，尤其是整个系统的故障率下降很多，确保了装置的稳定运行。
参考文献
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作者简介：姚瑞（1986—），男，大学本科，毕业于内蒙古工业大学信息工程学院自动化专业，工学学士，助理工程师。