TRICON三重冗余系統(tǒng)在加氫聯(lián)合裝置的應(yīng)用說課講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。TRICON三重冗余系統(tǒng)在加氫聯(lián)合裝置的應(yīng)用-TRICON三重冗余系統(tǒng)在加氫聯(lián)合裝置的應(yīng)用摘要：TRICON是達(dá)到SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并獲得TVAK6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的三重模塊冗余（TMR）控制器，被廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)的安全儀表系統(tǒng)（SIS）、機(jī)組控制系統(tǒng)（ITCC）及火災(zāi)報(bào)警和氣體檢測(cè)系統(tǒng)（FGS）中。介紹加氫聯(lián)合裝置的生產(chǎn)特點(diǎn)，并以加氫裂化裝置為例，論述TRICON系統(tǒng)在聯(lián)鎖保護(hù)和機(jī)組控制中的應(yīng)用，說明聯(lián)鎖保護(hù)和機(jī)組控制的技術(shù)方案、主要硬件軟件配置和功能，并對(duì)應(yīng)用效果作出總結(jié)。關(guān)鍵詞：TRICON三重冗

2、余加氫聯(lián)合裝置安全儀表系統(tǒng)機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)用1引言加氫聯(lián)合裝置是廣州分公司加工中東含硫原油及生產(chǎn)清潔燃料的配套建設(shè)裝置，包括：150萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置；210萬(wàn)噸/年加氫處理裝置；200萬(wàn)噸/年加氫精制裝置和100萬(wàn)噸/年航煤加氫裝置。聯(lián)合裝置有多個(gè)加熱爐、反應(yīng)器、高低壓分離器和氣體壓縮機(jī)群等，具有典型的高溫、高壓、臨氫、易燃易爆和生產(chǎn)規(guī)模較大、流程長(zhǎng)等特點(diǎn)，自動(dòng)控制和聯(lián)鎖回路多，控制策略復(fù)雜。根據(jù)石油化工安全儀表設(shè)計(jì)規(guī)范：SH/T3018、IEC61508、IEC61511等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，參照國(guó)內(nèi)外同類和類似裝置的安全完整性水平，采用達(dá)到SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并獲得TVAK6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的TRICON三重

3、模塊冗余（TMR）控制器，作為加氫聯(lián)合裝置的安全儀表系統(tǒng)（SIS）和綜合機(jī)組控制系統(tǒng)（ITCC）。2TRICON系統(tǒng)概述TRICON系統(tǒng)是具有容錯(cuò)結(jié)構(gòu)和能力的可編程邏輯和過程控制系統(tǒng)，硬件核心是基于三重模塊（TMR）冗余容錯(cuò)控制器。TRICON系統(tǒng)采用冗余電源、三個(gè)主處理器、三條完全隔離的內(nèi)部總線，三個(gè)完全相同的分電路各自獨(dú)立地執(zhí)行控制并與其他主處理器并行工作。所有的數(shù)字式I/O信號(hào)都由要經(jīng)過硬件的三取二表決和診斷處理，模擬信號(hào)進(jìn)行取中值處理，系統(tǒng)工作模式為3-2-1-0，單個(gè)部件硬件故障或內(nèi)外部導(dǎo)致的瞬間故障都不會(huì)中斷控制，且具有較強(qiáng)的診斷功能，在線更換操作簡(jiǎn)便，在保證了高可靠性的前提下具有

4、較好的可用性和可維修性。TRICON控制器的三重化結(jié)構(gòu)如圖1所示:2.1TRICON系統(tǒng)的主要特點(diǎn)TRICON系統(tǒng)具有完整的過程控制聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能、機(jī)組綜合控制（ITCC）功能，能同時(shí)完成多套壓縮機(jī)組的控制以及裝置的聯(lián)鎖保護(hù)，主要特點(diǎn)有：（1）主處理器和I/O卡件完全三重化，安全性能高，達(dá)到SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并獲得并獲得TVAK6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。（2）單點(diǎn)故障不會(huì)造成系統(tǒng)的正確運(yùn)行，系統(tǒng)診斷覆蓋率高。（3）采用3-2-1-0工作模式，獨(dú)特的槽位設(shè)計(jì)使主處理器和I/O模塊更換方便，可用行性和可維護(hù)性高。（4）提供完整的事件順序記錄（SOE）功能，有效進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和停車故障原因分析。（5）提供

5、強(qiáng)大的通訊功能，支持TCP/IP、ModBus等多種常用開放協(xié)議，可以和多種DCS、PLC以及智能儀表進(jìn)行通訊。（6）采用32位高速CPU和協(xié)處理器，提供高達(dá)16MDRAM和32KSRAM內(nèi)存；模擬卡件轉(zhuǎn)換精確度高，并可以定期自動(dòng)校驗(yàn)。（7）系統(tǒng)規(guī)?？勺?，支持?jǐn)U展機(jī)架和遠(yuǎn)程I/O機(jī)架。（8）基于Windows的編程軟件TriStation1131使用方便，軟件的在線修改通過TVAK6級(jí)認(rèn)證，同時(shí)提供離線模擬測(cè)試。2.2系統(tǒng)構(gòu)成TRICON系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的大小，可配置規(guī)?？勺兊膯螜C(jī)架和最多14個(gè)擴(kuò)展或9個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架，最遠(yuǎn)距離可達(dá)12km，I/O點(diǎn)數(shù)最大達(dá)到4688個(gè)點(diǎn)，其中DI2048點(diǎn)、DO1

6、024點(diǎn)、AI1024點(diǎn)、AO512點(diǎn)和PI80點(diǎn)。系統(tǒng)構(gòu)成包括：機(jī)架、電源模塊、主處理器模塊、過程I/O模塊和配套系統(tǒng)軟件。（1）機(jī)架機(jī)架是放置各種模塊的地方，主處理器模塊所在機(jī)架為主機(jī)架，擴(kuò)展機(jī)架用于擴(kuò)展I/O模塊，主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架采用三重化擴(kuò)展電纜連接。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)機(jī)架到最后機(jī)架之間總線長(zhǎng)度超過30米時(shí)可使用遠(yuǎn)程機(jī)架和現(xiàn)場(chǎng)安裝。（2）電源模塊每個(gè)機(jī)架有兩個(gè)電源模塊，以冗余方式工作，每個(gè)電源能獨(dú)立承擔(dān)機(jī)架中共有模塊的供電。（3）主處理器模塊每個(gè)主機(jī)架有三個(gè)處理器模塊，每個(gè)處理器模塊獨(dú)立完成控制并與其他兩個(gè)主處理器并行工作，完成包括I/O處理、通訊、數(shù)據(jù)采集、邏輯控制和輸出表決等。（4）過程I/

7、O模塊過程I/O模塊包括各種信號(hào)的模塊，主要有數(shù)字輸入輸出模塊（DI/DO）、模擬量輸入輸出模塊（AI/AO）和脈沖輸入模塊（PI）等，所有模塊都具有隔離功能，包括通道與通道間和電源之間隔離。過程信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)端子板和專用連接電纜與過程I/O模塊進(jìn)行連接。（5）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)采用Windows操作平臺(tái)，配置TRICON的TriStation1131編程軟件、SOE軟件，操作站人機(jī)界面軟件采用Wondeware的Intouch。3.加氫聯(lián)合裝置TRICON系統(tǒng)配置3.1硬件配置加氫聯(lián)合裝置TRICON系統(tǒng)分三個(gè)工作區(qū)共四套獨(dú)立的控制器，裝置聯(lián)鎖和綜合機(jī)組控制系統(tǒng)公用一套控制器，分別用于加氫裂化裝置、

8、加氫處理裝置、加氫精制裝置以及航煤加氫裝置。每個(gè)工作區(qū)配置1個(gè)工程師站和1個(gè)移動(dòng)組態(tài)站，每套裝置配置1個(gè)操作員站和1套輔助操作臺(tái)。系統(tǒng)的主要配置如表1所示。表1系統(tǒng)主要配置表裝置控制器機(jī)架機(jī)柜操作員站輔操臺(tái)工程師站（SOE站）打印機(jī)加氫裂化1套3個(gè)2個(gè)1個(gè)1個(gè)1臺(tái)激光彩打1臺(tái)加氫處理1套3個(gè)3個(gè)1個(gè)1個(gè)1臺(tái)激光彩打1臺(tái)加氫精制1套3個(gè)2個(gè)1個(gè)1個(gè)1臺(tái)激光彩打1臺(tái)航煤加氫1套2個(gè)2個(gè)1個(gè)1個(gè)針式1臺(tái)各工作區(qū)配置的工程師站兼作SOE站，提供對(duì)系統(tǒng)的離線組態(tài)、離線編程、在線監(jiān)視、在線程序修改下裝等功能，同時(shí)可用于SOE數(shù)據(jù)的收集、記錄、打印等。工程師站還可兼做操作員站使用?？刂破骱筒僮鲉T站、工程師站

9、等的通訊網(wǎng)絡(luò)完全是冗余方式。下面以加氫裂化裝置系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，硬件配置如表2所示。表2加氫裂化裝置系統(tǒng)硬件配置序號(hào)說明型號(hào)數(shù)量1增強(qiáng)型TRICON主處理器，50MHz，16MSROM300832高密度主機(jī)架811013高密度擴(kuò)展機(jī)架811124I/O總線擴(kuò)展電纜，3根900025230VAC電源模塊831266I/O空槽板8105237增強(qiáng)型智能通訊模塊EICM4119A28網(wǎng)絡(luò)通訊模塊NCM，802.3BNC接口432929DI，24VAC/DC，32點(diǎn)3503E1010DI，端子板，24VAC/DC，16點(diǎn)9563-8102011DO，24VDC，16點(diǎn)3604E

10、512DO，端子板，24VDC，16點(diǎn)9662-810513AI，0-5VDC，32點(diǎn)3700A114AI端子板，電流輸入，16點(diǎn)，用戶組態(tài)9761-210215AO，4-20mA，8點(diǎn)3805E116AO端子板，4-20mA電流輸出，8點(diǎn)9853-610117脈沖輸入PI，8點(diǎn)3511218PI端子板，8點(diǎn)9753-11023.2軟件配置TRICON系統(tǒng)采用微軟公司的Windows2000操作系統(tǒng)平臺(tái)，TRICONEX公司的TriStation1131V3.12版編程組態(tài)軟件和SOE事件記錄軟件，人機(jī)操作界面是Wonderware公司的IntouchV8.0。3.3主聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)加氫裂化裝置的主

11、聯(lián)鎖邏輯以子系統(tǒng)邏輯塊的形式聯(lián)系在一起，裝置共有十二個(gè)聯(lián)鎖子系統(tǒng)，包括：(1)裝置事故2.1MPa/min手動(dòng)/自動(dòng)緊急放空保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)；(2)裝置事故0.7MPa/min手動(dòng)/自動(dòng)緊急放空保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)；(3)高壓進(jìn)料泵自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(4)混合氫加熱爐自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(5)離心式循環(huán)氫壓縮機(jī)自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(6)往復(fù)式新氫壓縮機(jī)自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(7)熱高壓分離器液位和主進(jìn)料泵液力透平超速自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng);(8)冷高壓分離器自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(9)高壓貧溶劑泵自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(10)脫硫化氫塔液位和主貧液泵液力透平超速自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖子系統(tǒng)；(11)分餾塔底重沸爐自動(dòng)保護(hù)聯(lián)

12、鎖子系統(tǒng)；(12)空冷器手動(dòng)停車系統(tǒng)；主聯(lián)鎖系統(tǒng)的輸入信號(hào)連接傳感器的常閉點(diǎn)（靜態(tài)，非勵(lì)磁），關(guān)鍵輸入采用三取二或二取二方式，設(shè)置硬件和軟件旁路開關(guān)，并用狀態(tài)指示燈指示相應(yīng)條件的狀態(tài)，模擬量信號(hào)直接進(jìn)入系統(tǒng)，輸出采用故障安全型，失電聯(lián)鎖。加氫裂化主裝置聯(lián)鎖邏輯如圖3所示。圖3加氫裂化主裝置聯(lián)鎖邏輯圖3.4循環(huán)氫壓縮機(jī)C3001控制循環(huán)氫壓縮機(jī)C3001是加氫裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，給反應(yīng)器提供氫氣并帶走大量熱量。機(jī)組控制包括機(jī)組聯(lián)鎖、調(diào)速控制和防喘振控制等。1、機(jī)組聯(lián)鎖C3001聯(lián)鎖條件較多，聯(lián)鎖邏輯如圖4所示，包括啟動(dòng)條件聯(lián)鎖、停機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖、油泵自啟動(dòng)聯(lián)鎖和干氣密封增壓泵啟動(dòng)聯(lián)鎖。（1）啟動(dòng)條件

13、聯(lián)鎖壓縮機(jī)啟動(dòng)的條件包括：潤(rùn)滑油壓力正常；潤(rùn)滑油溫度正常；速關(guān)閥全開；密封氣壓力正常；防喘閥全開人工確認(rèn)。當(dāng)以上信號(hào)均正常時(shí)，輔臺(tái)C3001允許開車確認(rèn)按鈕，則聯(lián)鎖條件，允許開C3001，同時(shí)C3001準(zhǔn)備啟動(dòng)燈亮。（2）停機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖出現(xiàn)以下任何情況，機(jī)組將立即進(jìn)入停機(jī)保護(hù)狀態(tài)，聯(lián)鎖動(dòng)作，C3001主汽門電磁閥失電，C3001停車，同時(shí)關(guān)閉泵總出口切斷閥。一級(jí)密封泄漏量過高；壓縮機(jī)低壓側(cè)軸振動(dòng)大（二取二）；壓縮機(jī)高壓側(cè)軸振動(dòng)大（二取二）；壓縮機(jī)軸位移大（二取二）；汽輪機(jī)低壓側(cè)軸振動(dòng)大；汽輪機(jī)高壓側(cè)軸振動(dòng)大；汽輪機(jī)軸位移大；現(xiàn)場(chǎng)手拍緊急停車；21巴緊急泄壓信號(hào)；潤(rùn)滑油壓力低低(三取二)；入口分液

14、罐液位高高(三取二)；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高高(三取二)；速關(guān)油壓力低低；蒸汽出口壓力低低；探頭故障；正常停機(jī)冷卻結(jié)束；當(dāng)以上信號(hào)均正常時(shí)，按相應(yīng)的復(fù)位按鈕，則聯(lián)鎖才能恢復(fù)正常。（3）油泵自啟動(dòng)聯(lián)鎖當(dāng)滿足以下條件之一時(shí)啟動(dòng)潤(rùn)滑油輔助油泵：潤(rùn)滑調(diào)節(jié)油油壓低；汽輪機(jī)控制油油壓低；潤(rùn)滑油總管壓力低；潤(rùn)滑油總管壓力低。當(dāng)以上信號(hào)均正常時(shí)，按相應(yīng)的復(fù)位按鈕，則聯(lián)鎖條件正常時(shí)，C3001潤(rùn)滑油輔油泵停；當(dāng)以上信號(hào)有一個(gè)異常時(shí)，則聯(lián)鎖動(dòng)作，信號(hào)去電氣，開C3001潤(rùn)滑油輔油泵。（4）干氣密封增壓泵啟動(dòng)聯(lián)鎖當(dāng)干氣密封增壓泵泄漏壓差或循環(huán)氫壓縮機(jī)出入口壓差大于0.52MPa時(shí)停干氣密封系統(tǒng)的增壓泵。圖4循環(huán)氫壓縮機(jī)C30

15、01聯(lián)鎖圖2、調(diào)速控制機(jī)組的速度控制可以有多種運(yùn)行方式，包括停機(jī)、啟動(dòng)、暖機(jī)、加速、運(yùn)行等。在自動(dòng)起機(jī)模式下，根據(jù)起機(jī)曲線的升速率，蒸汽透平將自動(dòng)從零轉(zhuǎn)速升到最小轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。另外，還將組態(tài)迅速越過臨界轉(zhuǎn)速的控制。在半自動(dòng)起機(jī)模式下，操作人員可在從零轉(zhuǎn)速到最小轉(zhuǎn)速之間的任何轉(zhuǎn)速下停留。一旦達(dá)到最小轉(zhuǎn)速，操作人員可將轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高到工作轉(zhuǎn)速。機(jī)組調(diào)速控制見圖5所示。機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行及超速試驗(yàn)共分為九個(gè)模式08，在不同模式下有不同的升速目標(biāo)值和不同的升降速率，并可以通過模式限制調(diào)速閥開度和電磁閥的帶電狀態(tài)和啟動(dòng)時(shí)的暖機(jī)時(shí)間。啟動(dòng)順序由一系列方式和狀態(tài)組成，TRICON系統(tǒng)中的順序邏輯指定在任何當(dāng)前

16、方式下程序?qū)?huì)進(jìn)入某種方式。以保證特定的程序進(jìn)程以及在某一特定機(jī)械設(shè)備故障情況下采取的動(dòng)作。當(dāng)啟動(dòng)程序選擇自動(dòng)升速方式，透平轉(zhuǎn)速將沿升速曲線自動(dòng)上升。當(dāng)啟動(dòng)程序選擇手動(dòng)升速方式，可由現(xiàn)場(chǎng)控制盤升速/降速按鈕或操作站上的升速/降速軟按鈕來執(zhí)行，系統(tǒng)默認(rèn)為操作站，若由現(xiàn)場(chǎng)控制盤升速/降速按鈕進(jìn)行升速和降速，則通過就地盤/控制室選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。圖5循環(huán)氫壓縮機(jī)C3001調(diào)速控制圖3、防喘振控制離心式壓縮機(jī)的控制都設(shè)有防喘振控制以防止機(jī)組喘振，這里采用了機(jī)組出口回流到入口的方式，在控制系統(tǒng)中利用TRICON防喘振擴(kuò)展函數(shù)功能模塊來完成壓縮機(jī)的防喘振控制。防喘振控制策略的標(biāo)準(zhǔn)特性有：1）可選擇差壓或升壓

17、的算法；2）如果喘振發(fā)生，喘振安全裕度可自動(dòng)修正；3）快開線功能可以在工作點(diǎn)向喘振線竄動(dòng)時(shí)及時(shí)打開防喘振閥；4）獨(dú)特的喘振控制器帶有適應(yīng)增益及快開/慢關(guān)響應(yīng)等功能；5）比例調(diào)節(jié)功能可以“迫使”防喘振閥獨(dú)立于PI調(diào)節(jié)而打開；6）靈活的啟動(dòng)和跳車邏輯；7）可選擇手動(dòng)控制器幫助設(shè)定、測(cè)試和故障排除；8）喘振逼近或透平跳車時(shí)，電磁閥觸點(diǎn)輸出可強(qiáng)制打開防喘振閥。TRICON系統(tǒng)具有獨(dú)特的的防喘振方案，對(duì)于變化范圍很大的不同氣體條件，通過定義喘振點(diǎn)，提供了完全精確的防喘振控制。這種方法使得定位控制線成為可能，通過減少不必要的回流來優(yōu)化喘振保護(hù)，并增加了整個(gè)裝置的運(yùn)行效率。防喘振控制系統(tǒng)可由單元框圖形式來描

18、述。每個(gè)框圖有已定義的功能，且通過輸入輸出信號(hào)與其他框圖相互作用，完善的防喘振控制功能模塊和方便的組態(tài)，使防喘振控制在TRICON系統(tǒng)中易于實(shí)現(xiàn)。圖6是TRICON系統(tǒng)典型的防喘振方框圖，圖7為循環(huán)氫壓縮機(jī)C3001的防喘振操作界面。圖7中的喘振曲線圖，其中有喘振線和防喘振線，當(dāng)喘振發(fā)生后防喘振線每次增加2%生成喘振下移線，成為新的防喘振線。當(dāng)工況穩(wěn)定脫離喘振區(qū)后，可按復(fù)位按鈕，取消喘振下移線?；謴?fù)原防喘振線。隨工況移動(dòng)的工作點(diǎn)，指示出現(xiàn)在的工作點(diǎn)與防喘振線的距離?？刂品绞剑河凶詣?dòng)，半自動(dòng)和手動(dòng)，三種方式。自動(dòng)方式下，喘振控制輸出為自動(dòng)控制輸出。在手動(dòng)方式下，輸出閥位由操作人員在操作站“手動(dòng)輸

19、出”上給出。當(dāng)在部分手動(dòng)狀態(tài)下，手動(dòng)控制值，與喘振控制輸出值選高值。喘振控制由喘振線和防喘振線及喘振下移線組成，當(dāng)工作點(diǎn)越過防喘振線時(shí)，防喘振閥開始打開，起到保護(hù)機(jī)組的作用。4系統(tǒng)維護(hù)為保證TRICON系統(tǒng)的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須按照廠家提供的系統(tǒng)維護(hù)手冊(cè)要求，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，對(duì)系統(tǒng)的各種模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊、工作環(huán)境和重要參數(shù)進(jìn)行定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常情況。同時(shí)，必須檢查旁路開關(guān)盤的狀態(tài)和聯(lián)鎖條件，定期通過編程軟件收集診斷信息，嚴(yán)格按照操作指導(dǎo)書更換有故障的模塊等。當(dāng)裝置出現(xiàn)異常引起停車、停機(jī)事件時(shí)，可以通過TRICON系統(tǒng)提供的SOE記錄和人機(jī)界面Intouch提供的各種歷史趨勢(shì)進(jìn)行

20、綜合有效分析，判別事件發(fā)生的先后順序和相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)，確定事件的直接原因。5結(jié)束語(yǔ)TRICON系統(tǒng)于2006年9月在加氫聯(lián)合裝置投入使用以來，可靠性高，功能強(qiáng)大，可用性和可維護(hù)性高。由于對(duì)該系統(tǒng)的掌握比較深入，良好的服務(wù)團(tuán)隊(duì)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)使整個(gè)加氫聯(lián)合裝置的TRICON系統(tǒng)集成功能完善，使用方便。同時(shí)由于維護(hù)到位，系統(tǒng)一直處于良好的運(yùn)行狀態(tài)中，確保了裝置和機(jī)組長(zhǎng)期、穩(wěn)定和高負(fù)荷運(yùn)行，取得較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1TRICONTechnicalProductGuideVersion9.4systems.美TRICONEX公司，1999-2004；2中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司加工中東

21、含硫原油及生產(chǎn)清潔燃料配套工程加氫聯(lián)合裝置安全儀表系統(tǒng)(SIS)規(guī)格書；3中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司加工中東含硫原油及生產(chǎn)清潔燃料配套工程加氫聯(lián)合裝置安全儀表系統(tǒng)(SIS)技術(shù)附件；4Tricon硬件安裝手冊(cè)培訓(xùn)教材，北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司，19985創(chuàng)康安全和關(guān)鍵控制系統(tǒng)，北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司，20086TS3000系統(tǒng)透平及壓縮機(jī)控制技術(shù)，北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司，20087TS3000在煉油裝置上的應(yīng)用，北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司，20088TriStation1131，DevelopersWorkbench，DevelopersG

22、uide.版本V4.5，北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司.19989TRICONEXTriStation1131TurbomachineryControlSoftware:ControlFunctionsLibraryCTL410.LT2，DocumentNo.:CTL410.doc，January2005；上一篇：HYPERLINK/?cid=24&conid=225o上一篇：TRICONEX的TS3000機(jī)組綜合控制系統(tǒng)在格爾木煉油廠的應(yīng)用TRICONEX的TS3000機(jī)組綜合控制系統(tǒng)在格爾木煉油廠的應(yīng)用下一篇：HYPERLINK/?cid=24&conid=223o下一篇：TS300

23、0在主風(fēng)機(jī)-煙機(jī)能量回收機(jī)組的應(yīng)用TS3000在主風(fēng)機(jī)-煙機(jī)能量回收機(jī)組的應(yīng)用HYPERLINK/default.phpo網(wǎng)站首頁(yè)網(wǎng)站首頁(yè)|HYPERLINK/about.phpo關(guān)于我們關(guān)于我們|HYPERLINK/about.php?cid=7o聯(lián)系我們聯(lián)系我們|HYPERLINK/feedback.phpo答疑解惑答疑解惑|HYPERLINK/article.php?cid=74o法律聲明法律聲明|HYPERLINK/map.phpo站點(diǎn)地圖站點(diǎn)地圖CopyrightconsenAllRightsReserved北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司北京市順義區(qū)空港工業(yè)B區(qū)裕東路7號(hào)郵編：

24、101318電話8523傳真YPERLINKt_blank技術(shù)支持：訊科TRICONEX的TS3000機(jī)組綜合控制系統(tǒng)在格爾木煉油廠的應(yīng)用-青海格爾木煉油廠儀表管理朱紅摘要:本文介紹了TRICONEX的TS3000機(jī)組控制系統(tǒng)在格爾木煉油廠催化裝置四機(jī)組的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹用TRICONEX的TS3000控制系統(tǒng)代替原來的SIMATICS5PLC的優(yōu)點(diǎn)和系統(tǒng)的可靠性、可用性和靈活性,最后闡述該系統(tǒng)在格爾木煉油廠的長(zhǎng)周期運(yùn)行以及創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益.關(guān)鍵詞:TS3000系統(tǒng)三重化冗余聯(lián)鎖保護(hù)自動(dòng)調(diào)速控制和超速保護(hù)事件記錄1.概述格爾木煉油廠催化裝置是

25、在1993年正式投產(chǎn)，已運(yùn)行多年。該裝置的機(jī)組主要有：發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)蒸汽透平主風(fēng)機(jī)煙機(jī)四機(jī)組：一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的備用風(fēng)機(jī)；三臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓機(jī)；一臺(tái)蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的氣壓機(jī)，控制系統(tǒng)為老式的SIMATICS5PLC系統(tǒng)。具體如下：?jiǎn)蜳LC實(shí)現(xiàn)機(jī)組（包括主風(fēng)機(jī)、備用風(fēng)機(jī)、增壓機(jī)及氣壓機(jī)）的聯(lián)鎖保護(hù)（ESD）；日本富士的架裝調(diào)節(jié)器完成防喘振控制；室內(nèi)手操器輸出至現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械式液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能；本特利3300監(jiān)控組軸振動(dòng)、位移；普通的架裝調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)機(jī)組過程參數(shù)（如，溫度、流量、壓力等）的監(jiān)控；架裝記錄儀記錄事件此種控制方案技術(shù)落后，控制方案交叉、復(fù)雜，采用多種控制器分別監(jiān)控，不利于綜合控制和集中管理，防

26、喘振和調(diào)速功能的實(shí)現(xiàn)方式落后，且現(xiàn)場(chǎng)控制器及設(shè)備由于投用時(shí)間較長(zhǎng)，老化嚴(yán)重，易發(fā)生裝置的誤報(bào)警及誤停車，已不適應(yīng)目前的大規(guī)模生產(chǎn)的要求。另外，由于原系統(tǒng)只有幾臺(tái)記錄儀，沒有SOE功能，在發(fā)生事故時(shí)很難查找其真正原因。同時(shí)，本催化裝置的反-再聯(lián)鎖ESD用單PLC實(shí)現(xiàn)，沒有TUV的SIL3級(jí)認(rèn)證和SOE功能，存在安全隱患。圖-2四機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)透平機(jī)械式液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)為了長(zhǎng)周期運(yùn)行和對(duì)機(jī)組各個(gè)性能進(jìn)行一個(gè)全面的監(jiān)控、控制和自動(dòng)保護(hù)，我們選用TRICONEX的TS3000機(jī)組綜合控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)原有機(jī)組SIMATICS5PLC系統(tǒng)和裝置ESD進(jìn)行全面改造和升級(jí)，改造后的系統(tǒng)涵蓋原系統(tǒng)所有控制，并且極大的提

27、高了裝置的自控水平。四機(jī)組控制室設(shè)立主機(jī)架和一個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架，氣壓機(jī)控制室設(shè)立遠(yuǎn)程機(jī)架和一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，催化反-再聯(lián)鎖ESD設(shè)立一個(gè)獨(dú)立的機(jī)架，遠(yuǎn)程機(jī)架之間通過三重化的遠(yuǎn)程光纖傳遞數(shù)據(jù)。在硬件上設(shè)立單獨(dú)的I/O卡件，軟件上設(shè)立單獨(dú)的程序塊獨(dú)立運(yùn)行。保證了系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)組控制的獨(dú)立性。2.TS3000系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)2.1具有強(qiáng)大功能的軟硬件TS3000系統(tǒng)硬件基于三重冗余容錯(cuò)的TRICONV9系統(tǒng)，軟件基于Win2000環(huán)境的Tristation1131編程軟件，將聯(lián)鎖邏輯功能和包括防喘振、調(diào)速功能控制在內(nèi)的調(diào)節(jié)功能集成于一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上完成，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的高度可靠性、集成性及完整性。系統(tǒng)的安全等級(jí)可以

28、打到TUV的AK6級(jí)要求。TS3000系統(tǒng)專用的Tristation1131編程軟件包將安裝在Win2000操作系統(tǒng)下，用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、應(yīng)用編程、程序離線模擬、程序下裝，在線修改、在線下裝及系統(tǒng)維護(hù)等功能。提供包括功能塊圖、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本等編程語(yǔ)言，包含多種現(xiàn)成的邏輯塊、控制塊，并可根據(jù)自身控制要求創(chuàng)建特定功能塊，為編程提供了極大的方便。監(jiān)控軟件選用Wonderware公司的Intouch8.0軟件，其系統(tǒng)平臺(tái)基于WIN2000操作系統(tǒng)，可以提供良好的中文人機(jī)界面。該軟件通過高速網(wǎng)絡(luò)及通訊卡與下層控制器保持通訊，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)刷新；通過此軟件能夠?qū)崿F(xiàn)繪制流程圖形及報(bào)警顯示、記錄過程報(bào)警、

29、記錄歷史數(shù)據(jù)及歷史趨勢(shì)、完成過程操作等功能,并能夠直觀動(dòng)態(tài)地顯示當(dāng)前壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，從而更好地實(shí)現(xiàn)操作人員監(jiān)控和操作。2.2高性能、高可靠的三重冗余化控制聯(lián)鎖保護(hù)本系統(tǒng)全面囊括了煉油廠催化機(jī)組的所有聯(lián)鎖保護(hù)，主要有以下:1)催化四機(jī)組(電動(dòng)/發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)風(fēng)機(jī)煙機(jī))的安全聯(lián)鎖（ESD）系統(tǒng)；2)備用主風(fēng)機(jī)組和增壓機(jī)組的ESD系統(tǒng)；3)富氣壓縮機(jī)組(汽輪機(jī)壓縮機(jī))ESD系統(tǒng)；4)汽輪機(jī)、煙機(jī)的調(diào)速和超速保護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)；5)四機(jī)組的防喘振控制系統(tǒng)；6)富氣壓縮機(jī)、備用主風(fēng)機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)；7)其它參數(shù)（如，主風(fēng)機(jī)流量、負(fù)荷、壓力、溫度、振動(dòng)及位移等）的監(jiān)控；8)催化裝置的反-再聯(lián)鎖自保系統(tǒng)（ESD）

30、2.2.1直觀的機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)及邏輯功能來自現(xiàn)場(chǎng)的各類過程輸入和輸出信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的端子板、繼電器以及I/O卡件與TS3000系統(tǒng)連接，信號(hào)線路排列整齊，標(biāo)識(shí)清楚，便于查找，解決了原來單臺(tái)設(shè)備的控制分散，信號(hào)分散，信號(hào)查找困難問題。信號(hào)通過主處理器內(nèi)部的用戶程序來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的聯(lián)鎖停機(jī)邏輯和開機(jī)啟動(dòng)順序控制等。即，采用三重冗余容錯(cuò)的控制系統(tǒng)替代了原有的單片機(jī)PLC系統(tǒng)，I/O卡件具有在線更換和帶電插拔功能,每一種卡件都有冗余功能,其中一塊卡件故障時(shí),不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,并且通過系統(tǒng)診斷或硬件指示燈來判斷故障原因,極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、可用性和靈活性.給操作工或儀表工程師提供了一個(gè)非常直觀的判斷問

31、題的界面.另外,在人機(jī)界面上直觀的將機(jī)組開機(jī)順序和停機(jī)邏輯關(guān)系圖一一列出,并且做了旁路開關(guān)，遇到問題先解除聯(lián)鎖，再進(jìn)行分析。使大家通過邏輯圖掌握開機(jī)條件和停機(jī)原因，以前這些資料只能找圖紙,使得很多人對(duì)機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)無從知曉,不管是儀表維護(hù)工或者是操作工再不會(huì)在聯(lián)鎖投用的時(shí)候去維修或操作，使得裝置非正常自保。四機(jī)組聯(lián)鎖邏輯1機(jī)組超速5980RPM三取二OR1主電機(jī)跳閘2煙機(jī)入口蝶閥關(guān)3汽輪機(jī)主氣門關(guān)4煙機(jī)入口閘閥關(guān)5風(fēng)機(jī)出口止回閥關(guān)6風(fēng)機(jī)防喘振閥開7存儲(chǔ)器置08聯(lián)鎖去裝置ESD（主備機(jī)切換開關(guān)在主機(jī)位置）2機(jī)組超速5980RPM3機(jī)組超速5980RPM4潤(rùn)滑油壓力過低0.1MPa三取二延時(shí)3秒5潤(rùn)

32、滑油壓力過低0.1MPa6潤(rùn)滑油壓力過低0.1MPa7煙機(jī)軸位移過大0.6mm8風(fēng)機(jī)軸位移過大0.7mm9汽輪機(jī)軸位移過大0.7mm10手動(dòng)停機(jī)按鈕11操作畫面手動(dòng)停機(jī)按鈕2.2.2安全可靠的汽輪機(jī)、煙機(jī)的調(diào)速控制和超速保護(hù)TRICONEX根據(jù)汽輪機(jī)的啟機(jī)曲線編制自動(dòng)或半自動(dòng)啟機(jī)程序。在通常應(yīng)用中，機(jī)組的速度控制可以有多種運(yùn)行方式，包括停機(jī)、啟動(dòng)、暖機(jī)、加速、運(yùn)行等。在自動(dòng)啟機(jī)模式下，根據(jù)啟機(jī)曲線的升速率，蒸汽透平將自動(dòng)從零轉(zhuǎn)速升到最小轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。另外，還組態(tài)迅速越過臨界轉(zhuǎn)速的控制。在半自動(dòng)啟機(jī)模式下，操作員可從零轉(zhuǎn)速到最小轉(zhuǎn)速之間的任何轉(zhuǎn)速下停留。一旦達(dá)到最小轉(zhuǎn)速，操作員可將轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提

33、高到工作轉(zhuǎn)速。同時(shí)，汽輪機(jī)、煙機(jī)的超速保護(hù)可以在控制系統(tǒng)內(nèi)部通過三取二算法對(duì)機(jī)組進(jìn)行超速保護(hù)。操作工在清晰而直觀的流程圖中，能夠得心應(yīng)手一步一步進(jìn)行操做，這在原來的系統(tǒng)中是不可能實(shí)現(xiàn)的，以至于很多人對(duì)機(jī)組操作都成了迷。在新系統(tǒng)上了之后，很多人在這種界面和人機(jī)對(duì)話中，學(xué)會(huì)了機(jī)組的操作和開機(jī)、停機(jī)本領(lǐng)，尤其是新手更容易掌握，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)功能。四機(jī)組開機(jī)和調(diào)速畫面2.2.3先進(jìn)的四機(jī)組、備用風(fēng)機(jī)及氣壓機(jī)的防喘振控制四機(jī)組、備用風(fēng)機(jī)、增壓機(jī)和氣壓機(jī)的防喘控制是依據(jù)機(jī)組的機(jī)械性能特性及喘振曲線，結(jié)合相關(guān)的理論計(jì)算公式來實(shí)現(xiàn)的。TS3000系統(tǒng)根據(jù)壓縮機(jī)入口流量、入口壓力、出口壓力及相應(yīng)的溫

34、度，利用TRICONEX獨(dú)特的防喘振技術(shù)來判斷是否發(fā)生喘振。正常工作時(shí)，PID調(diào)節(jié)功能幾乎保持不變，當(dāng)工況發(fā)生變化，PID調(diào)節(jié)功能自動(dòng)打開或關(guān)閉防喘振閥進(jìn)行安全校正，進(jìn)行自適應(yīng)控制，當(dāng)操作點(diǎn)移向控制線右側(cè)，比例度自動(dòng)減少，同時(shí)縮短積分時(shí)間，增強(qiáng)調(diào)節(jié)功能。當(dāng)操作點(diǎn)超過控制線，這時(shí)積分時(shí)間最小，進(jìn)行純比例調(diào)節(jié)，如果操作點(diǎn)和控制線交叉，則控制器直接輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)直接控制電磁閥打開防喘振閥實(shí)現(xiàn)提前保護(hù)，達(dá)到防喘振的目的。直觀的人機(jī)界面和工作點(diǎn)狀態(tài)，使壓縮機(jī)組工作于最佳工作點(diǎn)，完全替代原來的防喘振調(diào)節(jié)器，消除了原來人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的諸多不利因素和誤差，大大提高了對(duì)機(jī)組的保護(hù)功能。2.2.4簡(jiǎn)單的過程功能調(diào)

35、節(jié)和直觀的人機(jī)界面對(duì)于其它的各種流量、壓力、溫度、液位等過程調(diào)節(jié)，通過TS3000內(nèi)置的固有控制模塊或創(chuàng)建的特定控制算法來實(shí)現(xiàn)控制功能，替代原有調(diào)節(jié)器。畫面集中，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便，控制精度高，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化操作。機(jī)組畫面分為四機(jī)組、氣壓機(jī)、備用風(fēng)機(jī)、增壓機(jī)等畫面，畫面相互獨(dú)立，各自有主菜單和分菜單，每套機(jī)組畫面都有主流程、聯(lián)鎖動(dòng)態(tài)監(jiān)控、控制回路動(dòng)態(tài)監(jiān)控、防喘振監(jiān)控、調(diào)速和超速控制、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警、歷史、系統(tǒng)診斷等畫面，每臺(tái)工作站都能進(jìn)行操作和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了集中管理，集中控制，減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了以前憑經(jīng)驗(yàn)、摸索操作的不正確做法。2.2.5過程信息監(jiān)控在中心控制室中設(shè)置兩臺(tái)監(jiān)控操作站，操作站

36、通過冗余的以太網(wǎng)卡、冗余的鎧裝光纖與位于四機(jī)組機(jī)柜室內(nèi)的主機(jī)架TS3000控制器通訊。所有操作站的系統(tǒng)軟件環(huán)境為中文Win2000平臺(tái)，通過用戶名和口令保護(hù)設(shè)置多個(gè)訪問級(jí)別；在操作站上，實(shí)現(xiàn)工藝流程圖、動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)、報(bào)警日志、歷史趨勢(shì)等各項(xiàng)顯示，同時(shí)完成包括啟停機(jī)、手/自動(dòng)調(diào)節(jié)、負(fù)荷設(shè)定調(diào)整等在內(nèi)的各項(xiàng)操作。另外，TS3000系統(tǒng)具有強(qiáng)大的通訊能力，提供包括以太網(wǎng)、MODBUS在內(nèi)的多種通訊接口，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)、操作監(jiān)控站、編程維護(hù)站、在線設(shè)備診斷系統(tǒng)等的通訊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組與催化裝置DCS的通訊，并在DCS上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)顯示和netS8000機(jī)組在線診斷系統(tǒng)的通訊，達(dá)到對(duì)機(jī)組狀態(tài)的適時(shí)監(jiān)控。2.

37、2.6編程及維護(hù)：編程軟件Tristation1131工作于Win2000環(huán)境下，完全符合國(guó)際IEC1131標(biāo)準(zhǔn)，人機(jī)界面友好，可以非常簡(jiǎn)便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)具體的應(yīng)用程序進(jìn)行編程、編譯、下裝和在線修改，可以對(duì)所編程序進(jìn)行離線模擬，可以對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件狀態(tài)進(jìn)行在線診斷，可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)過程變量進(jìn)行強(qiáng)制等；該系統(tǒng)功能先進(jìn)，通俗易懂，儀表工程師已能對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行故障判斷、硬件更換、軟件程序修改、調(diào)試、下裝工作。2.2.7事件記錄（SOE）：系統(tǒng)內(nèi)置的SOE功能以毫秒級(jí)的速率采集和記錄發(fā)生的事件，最多可記錄60000條事件，可以記錄故障報(bào)警，捕捉第一報(bào)警信息，為事故分析提供第一手詳實(shí)的信息；對(duì)S

38、OE的記錄和檢索功能集成于工程師站內(nèi)；采集的SOE數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)存貯在硬盤的歷史中，并可通過打印機(jī)打印出來。為事件的分析創(chuàng)造了非常好的證據(jù)。便于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)排除故障，盡快恢復(fù)操作。3.結(jié)束語(yǔ)TRICONEX的TS3000機(jī)組綜合控制系統(tǒng)將傳統(tǒng)上需要多個(gè)分立儀表如防喘調(diào)節(jié)器、聯(lián)鎖自保單元、電子調(diào)速器、負(fù)荷調(diào)節(jié)器等實(shí)現(xiàn)的功能集成在一套可靠性極高的系統(tǒng)中完成；減少了各個(gè)設(shè)備間的連接和通訊、減少人為因素和設(shè)備故障發(fā)生的幾率，降低了長(zhǎng)周期運(yùn)行成本，并提供了更加良好的操作監(jiān)控界面，具有畫面直觀，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)直觀、機(jī)組重點(diǎn)資料全部呈現(xiàn)于畫面的特點(diǎn)，集成化最高以及最大限度的方便了將來主風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)改造擴(kuò)能的系統(tǒng)擴(kuò)展。

39、系統(tǒng)改造后徹底消除原來系統(tǒng)安全隱患，確保系統(tǒng)操作靈活、控制可靠，長(zhǎng)周期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度的為我廠催化裝置安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)提供前提保障，以及為我廠的經(jīng)濟(jì)建設(shè)更好的服務(wù)。上一篇：HYPERLINK/?cid=24&conid=227o上一篇：TRIDENT系統(tǒng)在汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組的應(yīng)用TRIDENT系統(tǒng)在汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組的應(yīng)用監(jiān)控組態(tài)軟件的相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)HYPERLINK/Forum/tag-%25CF%25E0%25B9%25D8%25BC%25BC%25CA%25F5.htmlt_blank相關(guān)技術(shù),HYPERLINK/Forum/tag-%25D7%25E9%25CC%25A

40、C.htmlt_blank組態(tài),HYPERLINK/Forum/tag-%25C8%25ED%25BC%25FE.htmlt_blank軟件,HYPERLINK/Forum/tag-%25C7%25F7%25CA%25C6.htmlt_blank趨勢(shì),HYPERLINK/Forum/tag-%25B7%25A2%25D5%25B9.htmlt_blank發(fā)展1監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展變遷&c6u9E_.x;M3S(u9o+a#YY0V監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的必要組成部分，即“基本單元”或“基本元件”，因此吸引了大型自動(dòng)化公司紛紛投資開發(fā)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的組態(tài)軟件，以期依靠強(qiáng)大的市場(chǎng)產(chǎn)生大批量

41、的銷售，從中獲取利潤(rùn)。作為自動(dòng)化通用型工具軟件，組態(tài)軟件在自動(dòng)化系統(tǒng)中始終處于“承上啟下”的地位。用戶在涉及工業(yè)信息化的項(xiàng)目中，如果涉及到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，首先會(huì)考慮使用組態(tài)軟件。正因如此，組態(tài)軟件幾乎應(yīng)用于所有的工業(yè)信息化項(xiàng)目當(dāng)中。應(yīng)用的多樣性，給組態(tài)軟件的性能指標(biāo)、使用方式、接口方式都提出了很多新的要求，也存在一些挑戰(zhàn)。這些需求對(duì)組態(tài)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的沖擊是巨大的，對(duì)組態(tài)軟件的技術(shù)發(fā)展起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用。)u:k*|-;l6M,Y3XD1x1R2l(v9W目前在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有率較高的監(jiān)控組態(tài)軟件分別是GEFanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西門子WinCC、Citect

42、和LabView等。中國(guó)大陸廠商以力控、亞控等為主，除此外尚有510個(gè)廠商從事監(jiān)控組態(tài)軟件業(yè)務(wù)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，高端市場(chǎng)仍被國(guó)外產(chǎn)品壟斷。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)開始搶占一些高端市場(chǎng)，并且所占比例在逐漸增長(zhǎng)。6S&|.7y.+($l:E&tc9H+p4z2監(jiān)控組態(tài)軟件的幾個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)8V4q.G7F#_!k;q*I*;o)J2.1監(jiān)控組態(tài)軟件的功能變遷*Y)v8Y-S%M;$E!a;z#?&X&功能變遷：仍以人機(jī)界面為主，數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)警管理、操作日志管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)發(fā)成為其基礎(chǔ)功能；功能組件呈分化、集成化、功能細(xì)分的發(fā)展趨勢(shì)，以適應(yīng)不同行業(yè)、不同用戶層次的多方面需求。*-d.k,v*k5

43、L)z$#N9/V3d-E.C6b:J;?$L新技術(shù)的采用：組態(tài)軟件的IT化趨勢(shì)明顯，大量的最新計(jì)算技術(shù)、通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)被用來提高其性能，擴(kuò)充其功能。3N*o7x,u6B2j,t*N&v3T.)_,F注重效率：實(shí)際上，有的“組態(tài)”工作非常繁瑣，用戶希望通過模板快速生成自己的項(xiàng)目應(yīng)用。圖形模板、數(shù)據(jù)庫(kù)模板、設(shè)備模板可以讓用戶以“復(fù)制”方式快速生成目標(biāo)程序。.y8K1J;|%Ok-:n9L_1*?;g組態(tài)軟件注重?cái)?shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)吞吐能力的提高：組態(tài)軟件除了常規(guī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、人機(jī)界面功能外，1萬(wàn)點(diǎn)以上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史存儲(chǔ)與檢索、100個(gè)以上C/S或B/S客戶端對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的并發(fā)訪問，對(duì)組

44、態(tài)軟件的性能都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著應(yīng)用深度的提高，這種要求會(huì)變得越來越普遍。7Sb9z:R;r7c4u(J7F,r1p/j8PK;t/g:x6K與控制系統(tǒng)硬件捆綁：組態(tài)軟件與自動(dòng)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫集成，為硬件“量身定做”。這表明組態(tài)軟件的滲透能力逐漸加強(qiáng)，自動(dòng)化系統(tǒng)從來就離不開軟件的支持，而整體解決方案利于硬件產(chǎn)品的銷售，也利于廠商控制銷售價(jià)格。3T%Yj#G)H&A+Zw4G.1;n$F!i6p9z;?2.2OPC技術(shù)及其最新的UA(UnifiedArchitecture)框架/0X:P/q:-a6W;g1m$u4E!w4jc.c標(biāo)準(zhǔn)化使工業(yè)自動(dòng)化業(yè)內(nèi)的硬件、軟件生產(chǎn)商、集成商和最終用戶受益匪淺

45、，OPC作為新興的數(shù)據(jù)互聯(lián)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其貢獻(xiàn)是巨大的。目前OPC在解決工業(yè)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通信方面已經(jīng)獲得業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，是降低系統(tǒng)間互聯(lián)成本的最佳途徑。但是OPC本身仍處于快速發(fā)展、進(jìn)化之中。(U.L)E#U:8S(q$h#V&t9A/N2h3Q(X$p)E*_I現(xiàn)有OPC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)誕生10年有余，此間技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，因此新的標(biāo)準(zhǔn)必須誕生，以跟上技術(shù)進(jìn)步的步伐，OPCUA工作組就是在這樣的背景下誕生的。OPC基金會(huì)于2004年1月成立了UA工作組，致力于采用最新技術(shù)把OPC建成一種新的系統(tǒng)架構(gòu)，滿足互操作和即插即用、自動(dòng)識(shí)別的要求。以期這種新的架構(gòu)在今后10年或更長(zhǎng)時(shí)間成為自動(dòng)化領(lǐng)域的

46、新標(biāo)準(zhǔn)。%n.Z6|1h8RVJ!s#N/L&:B4N9I0A2006年6月，OPC基金會(huì)發(fā)布了第一部分UA標(biāo)準(zhǔn)，截止2008年12月底，基于ANSIC/C+、JAVA、Microsoft.NET平臺(tái)、用于實(shí)現(xiàn)OPCUA功能的大部分代碼框架已經(jīng)公布。9R5D#.j8N9y0X)do/_2L1Z1H:X+b!EgG#I下面是OPCUA標(biāo)準(zhǔn)誕生的一些詳細(xì)背景和原因：/w6n(n:BZ9D+m!+j4e;u9gQ7微軟公司為發(fā)展跨平臺(tái)Web服務(wù)的技術(shù)和SOA(ServiceOrientedArchitecture)技術(shù)，不再重點(diǎn)發(fā)展COM技術(shù)，OPC技術(shù)面臨失去技術(shù)支撐的境地。+j:b7?.Aj+P

47、H$i2&D/|;8n5W%S3Xc6Y&y)OPC產(chǎn)品供貨商希望一個(gè)OPC產(chǎn)品能夠提供多種數(shù)據(jù)服務(wù)，而非像現(xiàn)在那樣把產(chǎn)品分為DA、A&E、HAD等多種模式。,c/l(!G(1w*RL:k%g*v2A*lOPC產(chǎn)品供貨商希望OPC產(chǎn)品能夠運(yùn)行于非微軟的操作系統(tǒng)中，包括嵌入式設(shè)備上。v$1O9o9o!l!Q_/&J/U0)W1b%k其他一些OPC基金會(huì)的合作組織需要支持高級(jí)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的可靠和有效的實(shí)現(xiàn)手段。4F/C.F#K*j8ba(_/r-M7v*o8w9i)E9c+dOPCUA的主要內(nèi)容：9g:b!_$B9h$v!c,m8W)G3I7p-F7k1C&全面確立以面向服務(wù)（service-ori

48、ented）為核心的概念，UA被描述為一組分層次的規(guī)格書，目前由11部分構(gòu)成，分別是：)o+z0Y(At1u9T$X3Y9S;B/S3!fPart1-Concepts（概念）v;dz8S:&w2|9Jj23D1T6i5RPart2-Security（安全）:$8p5I6D%Z7o:7s:E4l.a&i9m(r4PPart3-AddressSpace（地址空間）7Y:R.O?90m/c!n$c6si6d,R+DPart4-Services（服務(wù)）s+E*z,C0ts0fx3k0c*f)v4g5e0f)v*N-hPart5-InformationModel（信息模型）p)B;J&iD4c;l4V:

49、j/m+Sn,Y6v2P0yPart6-Mappings（映像）+P*FEh+u1h1k;|%G(L(ab3d$w!S7hPart7-Profiles（簡(jiǎn)介）&)B9k,6+U,D*P3a+iPart8-DataAccess（數(shù)據(jù)訪問）.y1,G:j3,|#_7K&f5v8fw#Part9-AlarmsandConditions（報(bào)警與條件）.!Q1O/l(V#d16K&P.U2#_$*m.Part10-Programs（程序）7f2A1w5r/H.S9vX8D0P.g;J;kPart11-HistoricalAccess（歷史訪問）,z.Z3fW)D1Q/S6A.A$p%R3i-6g)x/C

50、6為了明確表達(dá)UA的結(jié)構(gòu)，在以上規(guī)格書中，OPC基金會(huì)故意使用了一些抽象的概念和術(shù)語(yǔ)，在這些規(guī)格書的后半部分，特別舉例說明如何通過現(xiàn)有技術(shù)來編程實(shí)現(xiàn)這些概念。UA的這種全新結(jié)構(gòu)以及與其相關(guān)的這些技術(shù)規(guī)格書，其閱讀難度要遠(yuǎn)超過現(xiàn)有基于COM的OPC標(biāo)準(zhǔn)。因此在著手學(xué)習(xí)OPCUA規(guī)格書前最好先讀一些介紹性的文章，循序漸進(jìn)地深入。2i6w1a0M/!b4!S4B(_/k!.W2t45A2.3跨操作系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)/(:l0f!5zo(_T+r1P1d,h監(jiān)控組態(tài)軟件應(yīng)用于大型SCADA系統(tǒng)，如天然氣管道、石油管道、鐵路、電力等行業(yè)，出于安全、高效等角度考慮，這些大型SCADA多數(shù)要求軟件使用UNIX/L

51、INUX操作系統(tǒng)。以基于UNIX/LINUX平臺(tái)分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的SCADA系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)控組態(tài)軟件的各種組件，如分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、I/O通訊程序、控制策略程序等，出于系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、實(shí)際情況要求，經(jīng)常需要運(yùn)行于嵌入式設(shè)備中，這些嵌入式設(shè)備以Linux平臺(tái)的開放性最好，主要用于系統(tǒng)間互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集并計(jì)算、無人站數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、特殊控制等要求，如果不借助監(jiān)控組態(tài)軟件的現(xiàn)有成果，實(shí)現(xiàn)上述功能的系統(tǒng)維護(hù)代價(jià)非常高，且容易造成信息孤島，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展。監(jiān)控組態(tài)軟件的跨操作系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)就很好地解決了這一問題，因?yàn)榭迤脚_(tái)的特點(diǎn)，保障了組態(tài)軟件的這些組件能夠成功地向Linux系統(tǒng)移植。;J0)X

52、$e4Mc/F)s7f;&:V9r由于OPCUA標(biāo)準(zhǔn)的推出，也給組態(tài)軟件的跨平臺(tái)技術(shù)指明了方向，跨平臺(tái)不是監(jiān)控組態(tài)軟件的可選項(xiàng)，而是必選項(xiàng)。60r%S&E9Cv66f0X)i,K*B-Q3H&S7L8i2q.N3監(jiān)控組態(tài)軟件與未來控制系統(tǒng)發(fā)展的相互影響,a4B;Q)A(o;_,L$W3T2l8X$A-A)C7N4k3.1開放系統(tǒng)與PAC控制器/p$n0+?1r5P8sMB)E8G8h9D;pT$Z8%y6g隨著軟件、硬件標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，PLC、DCS等控制系統(tǒng)間界限愈加模糊，在設(shè)計(jì)人員的腦海里只有“控制器”的概念，用戶在選型、設(shè)計(jì)時(shí)不必關(guān)心所使用的究竟是DCS還是PLC。PAC（programm

53、ableautomationcontroller）就是在此情況下應(yīng)運(yùn)而生的。$6m/S$!V7Z)1U3:F!o;H3h很多PAC控制器內(nèi)置WebServer，帶有XML編程接口，或者直接內(nèi)置OPCUAServer，帶有鮮明的開放系統(tǒng)特點(diǎn)，同時(shí)也帶有明顯的IT特征。!WN.v3y0c.o5W:AT0f7y/U6V*my-sPAC與組態(tài)軟件有什么關(guān)系呢？或者說對(duì)監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響呢？#x,I+qT;A-$M9w(Cs89s:L(j.U由于PAC誕生較晚，無論從硬件還是軟件方面，都表現(xiàn)出“集成化”的特征。PAC控制器大量地使用已有的成熟技術(shù)，這些成熟技術(shù)既包括硬件，也包括軟件。P

54、AC對(duì)這些已有技術(shù)進(jìn)行必要的改造后納入控制器的內(nèi)部，使之成為有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。;y2u,k2e955X&2&6b:;az0p與其他控制系統(tǒng)相比，很少有PAC控制器廠家同時(shí)擁有自己專用的操作站軟件，大多與成熟的監(jiān)控組態(tài)軟件配套使用，構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)。因此PAC與監(jiān)控組態(tài)軟件保持著一種天然的近親關(guān)系，這也體現(xiàn)了社會(huì)分工的細(xì)化。#30T6D1O+u3C-Q.V4&b4g4VPAC控制器對(duì)組態(tài)軟件的發(fā)展產(chǎn)生的影響可以概括為：0B3/.m0L:_J3y/l;3V$x/i6_1d#iV(1)PAC控制器為基于嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的嵌入式分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了組態(tài)軟件向下擴(kuò)展的機(jī)遇，嵌入式分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)也大

55、大提升了PAC控制器的處理能力。&S*x;A1J1Px$z:62O/?)ic&x;q(2)PAC控制器為基于嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核、符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟PLC技術(shù)提供了更廣闊的發(fā)展空間，同樣地，這種符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟PLC技術(shù)一方面提升了PAC控制器的處理能力，另一方面加速了其控制軟件的成熟速度。,i-A&A5!g8:M+H!hjY%q$O%)D*_(3)控制器與上位監(jiān)控組態(tài)軟件的無縫集成技術(shù)!1aBv/y$z+s&v6g2Yo9X7D9Y+K88)控制器與上位監(jiān)控組態(tài)軟件的無縫集成，最早見于DCS系統(tǒng)。PAC控制器與監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)無縫集成后，便可在功能上縮小與DCS的差別

56、，也是提高控制系統(tǒng)實(shí)施效率的有效手段。這種無縫集成能夠達(dá)到以下目的：3;w8Y&L2M(Z0|-z,Z3S!r7t6|9y4#TC-a控制策略一經(jīng)生成，以監(jiān)控組態(tài)軟件為核心的操作站系統(tǒng)便自動(dòng)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（同時(shí)包括過程變量和控制站狀態(tài)變量），省去了手工建立數(shù)據(jù)字典的工作量及可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤和排錯(cuò)工作；另外，基于過程控制的專用模板能夠快速構(gòu)建PID回路圖、小組畫面等過程操作畫面，就像在組態(tài)軟件中組態(tài)歷史趨勢(shì)圖一樣，在可復(fù)用的模板上填上對(duì)應(yīng)的變量名稱即可。2uy+(x&Oh-S1;T5E3.2開放控制系統(tǒng)防病毒和黑客攻擊技術(shù)6e5Y3!o2?;H9bU:P/O!aLp#隨著系統(tǒng)開放性要求的不斷提高和

57、工廠控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、升級(jí)，控制網(wǎng)絡(luò)與外界的徹底隔離變得越來越難做到。為控制系統(tǒng)的安全起見，監(jiān)控組態(tài)軟件的操作站需要安裝防病毒軟件，以防止蠕蟲類病毒對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。另外，隨著軟件標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件操作站的文件系統(tǒng)，尤其是文件內(nèi)的數(shù)據(jù)，被非法修改的危險(xiǎn)也是存在的。/R(y)T#hw3J*l1j+B3zj監(jiān)控組態(tài)軟件操作站避免被病毒、黑客攻擊的重點(diǎn)防范集中在以下方面：8w-Z5g*N8v(r2t5n4H8x$T8Y&s,o(vF%O7i(1)使用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)網(wǎng)關(guān)，將計(jì)算機(jī)操作站及控制網(wǎng)與辦公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)徹底隔離，切斷非法數(shù)據(jù)、黑客、病毒的傳播途徑。$e!_0m$x:r5I)L:C&y;P

58、aa,.T)b;J%(2)計(jì)算機(jī)操作站避免因病毒而死機(jī)、失靈或失去控制；這一點(diǎn)需要操作系統(tǒng)、防殺毒軟件的數(shù)據(jù)接口配合，以便在組態(tài)軟件中能夠及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的病毒進(jìn)行報(bào)警。8m*j+h9.RC.e9sG*H0O6M,w6y/T/Pt$z0l(3)防止非法登錄、篡改數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)；組態(tài)軟件現(xiàn)有的安全機(jī)制可以有效地防非法登錄、非法篡改數(shù)據(jù)，非法讀取數(shù)據(jù)主要依賴數(shù)據(jù)文件的加密和文件的打開權(quán)限。9t7g&z5H6D-Q6w&Q6e1l5J9Q2F7C9H-V)D5另外，在監(jiān)控組態(tài)軟件中對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行必要的監(jiān)控也是必要的，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都支持SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,SimpleNetworkMana

59、gementProtocol）數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，因此監(jiān)控組態(tài)軟件可透過SNMP接口來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的狀態(tài)，對(duì)流量異常、端口狀態(tài)、非法訪問等及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警。%A)C0X&I7N!ku5O%X$T1y3c/m;xe,J)a3r3.3SIS安全認(rèn)證與FDA認(rèn)證7N&Z-g3?0C(z8k+#h#s.q,F%G3M.n:K7N控制系統(tǒng)的最重要指標(biāo)是安全可靠，以往對(duì)可靠性指標(biāo)的衡量標(biāo)準(zhǔn)是平均無故障時(shí)間（MTBF），這一指標(biāo)的測(cè)量一般是通過對(duì)樣機(jī)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)。MTBF并不能代表每個(gè)系統(tǒng)個(gè)體的可靠性，而且對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來說，MTBF也是難以通過檢測(cè)的方法得到其真實(shí)的數(shù)據(jù)。5BE)n-4xc#zQ6/?)g0

60、A近幾年，國(guó)際電工委員會(huì)針對(duì)系統(tǒng)可靠性的定義、認(rèn)證等標(biāo)準(zhǔn)研究已經(jīng)取得非常多的成果，并發(fā)布了很多這方面的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的采用將對(duì)監(jiān)控組態(tài)軟件帶來重大影響，SIS（SafetyInstrumentSystem）就是其中的一個(gè)子集。1Pe1X!U7I+r+o1A4(iA$C,UIEC61508.1-7電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)的頒布，標(biāo)志著功能安全作為獨(dú)立的安全學(xué)科，進(jìn)入實(shí)際的應(yīng)用階段。隨后，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的功能安全標(biāo)準(zhǔn)也相繼制訂。這些標(biāo)準(zhǔn)都是以安全完整性等級(jí)(SIL)來評(píng)估儀表和系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)程度。這樣，“安全”即成為可度量的一個(gè)指標(biāo)。:O9w*g+p(n4p4p#K)l2.f6E