浅谈Experion PKS系统的实际应用

摘要：本论文通过以霍尼韦尔的Experion PKS C300控制系统在神华包头煤制烯烃项目甲醇合成装置中的成功应用为例，详细介绍了此系统的系统结构和配置方案，并对日常维护中遇见的问题及处理方案进行了举例说明。结果证明霍尼韦尔的Experion PKS是一套稳定可靠、功能强大及性能先进的集散控制系统。

关键词：煤化工 Experion PKS 控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0107-02

神华包头煤制烯烃项目是国家发展改革委员会“十一五”期间核准的第一个煤制烯烃示范项目，是世界首套且规模最大的煤基甲醇制烯烃（乙烯和丙烯联产）大型工业化示范工程。集成了美国GE公司煤气化技术、德国Linden公司低温甲醇洗净化技术、英国DAVY公司世界级甲醇合成技术、中科院大连化物所自主开发的世界领先的甲醇制低碳烯烃技术（DMTO）、美国ABB Lummus公司系统分离技术、美国Dow化学公司聚丙烯技术（PP）、美国Univation公司聚乙烯技术（PE）等。甲醇合成装置隶属于神华包头煤化工分公司甲醇中心，分别由甲醇合成、压缩、精馏、中间罐区、氢气回收及成品罐区几个单元组成，采用了英国Johnson Matthey/Davy公司的大规模甲醇技术。装置1的主要任务是将来自上游净化装置的水煤气合成为甲醇，以满足后续MTO装置的进料需要。为使本装置操作具有更多的灵活性，并提高装置适应市场的能力，本装置的产品方案在设计时考虑两种工况。工况一：日产5500吨MTO级甲醇（180万吨/年，按100%甲醇计）。工况二：日产3667吨MTO级甲醇（120万吨/年），同时日产1833吨AA级甲醇（60万吨/年）。装置采用的控制系统为Honeywell公司最新推出的Experion PKS系统2，它的操作界面人性化，操作简便，系统组态设置方便，硬件运行稳定，确保了甲醇合成装置的长期稳定运行。

1 控制系统介绍

Experion PKS过程知识系统是Honeywell最新一代的过程自动化系统，它将人员与过程控制、经营和资产管理融合在一起。Experion PKS为用户提供了远高于集散控制系统的能力，包括嵌入式的决策支持和诊断技术，为决策者提供所需信息；安全组件保证系统安全环境独立于主控系统，提高了系统的安全、可靠性3。

甲醇合成装置的系统布局是由现场采集到或接收的仪表信号通过电缆先传送到现场机柜间，在现场机柜间内将信号处理完毕再通过以太网传送到中央控制室的DSA分布式服务器，将甲醇中心的四套装置有机的联系到一起。所有操作员在中央控制室内对装置进行监测、控制、查看报警和打印报表等操作，也可以很方便的读取到其他装置的数据。同时工程师站也设置在现场机柜间内。

2 Experion PKS系统硬件部分

2.1 C300控制器

控制器为Experion 平台提供了强大、强健的控制功能，内嵌霍尼韦尔经过验证的控制执行环境（Control Execution Environment，CEE）软件。它具有强有力的集成连续和离散控制功能、良好的性价比、支持FOUNDATION现场总线和HART协议的设备；冗余配置时，采用两个完全相同的控制器，当主控制器出现故障无法正常工作时自动切换到备控制器上，可以实现真正意义上的全冗余，主控制器和备控制器之间的同步对用户是完全透明的，随时可以在控制器的显示屏中直接看到。两个控制器完全一样，从物理上没有主副之分，谁先运行谁就是主控制器。每个控制器通过I/O卡件可以连接64块I/O模件，通过I/O链接接口模件IOLINK将C系列卡件接入控制器。

2.2 控制防火墙

控制防火墙防止关键系统出现电脑安全泄密，保证系统可用性。防火墙防止控制层发生以太网消息泛滥及拒绝服务攻击，能有效的拒绝网络上的垃圾信息，保证网络不被堵塞。只有控制专用的消息才传送至控制器，防止速度下降或完全关闭。此外，它不要求配置或专业知识，就可以开始利用这些安全优势。

2.3 垂直设计的C系列I/O卡件

C系列卡件为过程管理站输入输出系统，具有自诊断能力、故障测试、同现场仪表一体化的供电、冗余配置，在线维护等特点。它以18度角倾斜安装，最大限度地减少了占用的控制柜内空间，有利于散热；降低能源、安装和维护成本；提供了最优的性能。这一全新的倾斜设计使热量均匀地流过机柜，改善了产品的使用寿命，降低了能源成本。可以简单方便接入的插入式地址端子块接触简便，能够轻松进行布线安装和维护。

2.4 容错以太网（FTE）

开放的容错以太网（FTE），能很好支持批处理功能、连续控制和数据采集，对电缆和电子设备中的各种多重故障具有容错功能。容错以太网（FTE）采用的是单一网络结构，因此切换速度很快。这是因为在切换时由于服务器和操作站不需要重新连接网络。由于容错以太网（FTE）提供节点之间更多的网络通讯路径，所以容错以太网（FTE）可以承受更多的故障。FTE对高层应用是透明的，使其具有更多可用的通讯路径。普通的以太网节点（非容错以太网）也能连接到FTE网络上，同样比连接到常规的冗余以太网有更可靠的通讯环境。

2.5 Experion服务器

Experion系统服务器采用模块化设计，其高性能是基于Windows2003操作系统而设计的。系统所有的组件完全集成为一体。Experion系统服务器冗余配置，以提供更高级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，备服务器自动转换为主服务器。Experion系统服务器心脏部分是实时数据库（RTDB）。实时数据库存储过程数据、历史数据、组态数据、用户数据、报警和时间、系统状态。服务器将驻留在内存里的实时数据保存到硬盘上，确保在系统掉电时最大限度地减少数据丢失。Experion系统服务器结构保证用户能完全透明的访问控制器数据库。操作员、仪表工程师和企业级计算机用户都可以使用这些集成的过程信息，为提高生产效率，降低生产成本、提高产品的一致性和减少浪费而进行监控。

3 甲醇合成装置的硬件配置策略

甲醇合成装置需要检测和控制的点（I/O）的总数为1138点，其中AI617点、AO110点、DI 219点、DO 192点。此外，SIS、3500系统、TRICON系统需要和PKS通讯，在DCS进行显示，共计616个通讯点。根据测点清单，甲醇合成装置共使用了3对C300控制器，其中甲醇合成单元使用1对冗余控制器；非合成单元使用1对冗余控制器；PSA单元使用1对冗余控制器；与之相对应的是3对控制防火墙。系统所有的机柜全部安装在现场机柜间内。在现场机柜间内配置了一台工程师站，一台打印机。其他的控制系统（例如SIS、PLC、CCS、）通过串口服务器与Experion系统进行通讯，将数据采集到以后通过2台CISCO2960交换机统一将数据上传到中央控制室，再通过一台CISCO3750交换机将数据上传到全厂生产调度中心。所有的操作人员都在中央控制室内实现日常的监测数据、生产控制、报警记录及报表打印工作。

4 Experion系统软件部分

Experion组态工作室是一种全新的系统工程组态环境，它充分地改进了系统的组态方式和效率。单一化、集成化的组态工作室消除了由于在不同窗口中采用各种不同的组态工具导致的组态工作的混乱和低效。在组态工具室里你可以任意开启各种组态工具，简单、方便地完成工程组态工作。组态工作室对使用者展示的是一个任务窗口而不是单一的工具窗口。当一个任务被选定后，用户需要的各种工具会出现在组态工作室内相应的地方，即Experion已将需要的各种组态工具集成在组态工具室里。这样，组态工作就工作在系统水平上，并且在一地就可以对系统中的所有的服务器进行组态。

4.1 Control Builder软件

Experion的控制策略用Control Builder生成，在Control Builder中进行控制策略的设计，生成控制策略的文档，并可进行在线监控。Honeywell提供的各种功能块，用以实现不同控制功能。每一个功能块带有一系列的参数，用于实现不同控制功能。功能块之间的互联，可以通过“软接线”的方式非常方便地实现，以构建控制策略或应用。

Control Builder还支持多用户控制策略开发和纠错环境。基于TCP/IP或者UDP/IP通讯协议，可以通过各种网络介质连接，实现对工程数据库的远程访问。为了安全，这种访问是有密码保护的。多个用户可以同时在不同的工作站上创建，组态，下装控制策略。多用户可以打开同一个控制策略方案图，而第一个打开图形的用户可以写入。当多用户打开同一个控制策略方案图用以监控时，所有的用户都可以根据自己的安全级别改变控制器的数据。

4.2 HMIWeb Display Builder（用户画面组态）

HMIWeb Display Builder是面向对象，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。动态显示可以简单地通过鼠标点击组态迅速生成。通过使用脚本程序（VBScript和Jscript）和ActiveX组件，可以显著地增强图形画面功能。系统还提供了大量的标准显示画面：菜单导航、报警汇总、事件汇总、趋势、操作组、点细目、系统报警、回路调节、诊断和维护等。

4.3 Quick Builder软件

通过Quick Builder软件用户可以对系统硬件诸如操作站、打印机、控制器及第三方控制器或RTU中相应的标准点进行组态并通过组态工作室将这些组态信息下载至Experion的一体化数据库。

5 Experion系统维护

Experion系统的维护一般分为日常巡检维护和定期维护两大种4。日常巡检维护主要是每日按时的对系统进行常规的检查与维护，使系统时刻处于稳定的状态。定期维护主要是按一定周期对系统进行的一些备份、重启等维护，确保数据的安全可靠。

日常巡检维护是为了提高和保持系统的稳定性，一般包括以下内容：（1）建立和晚上系统的日常巡检管理制度；（2）每日按时巡检现场机柜间和工程师站内的温度与湿度，保证机柜间和工程师站环境适中；（3）每日巡检不得带移动电话或相关设备进入机柜间内，以免对系统造成干扰；（4）保持现场机柜间和工程师站内的清洁；（5）每日对服务器、控制器、卡件、FTE网络的运行状态进行巡检，保证运行正常；（6）每日巡检时看一下系统的有无报警信息，Experion PKS系统具有强大的自诊断功能，仪表维护人员可以直接通过报警指示找到故障点。

定期维护是为了保证数据的安全可靠以及系统的稳定运行，一般包括以下内容：（1）定期的进行数据备份工作，以免系统发生故障时造成数据丢失；（2）定期的对服务器、工程师站等进行重启操作，清理内存，是设备长期稳定运行；（3）定期检查系统的外部供电和内部电池状况；（4）定期对现场机柜间、工程师站以及系统设备进行清扫工作。

6 结语

甲醇合成装置自投产以来，也发生了许多的事故，比如组态软件内无法下装控制点、事件报警里面出现乱码的现象、软件版本的升级、更换控制器已经I/O卡机、环境温度较高等，Experion PKS依靠其稳定的工作表现顺利的通过了这些考验，也印证了其强大的功能，为装置的平稳生产提供了有力的保障。Experion PKS系统代表了当今工业过程自动化控制的最先进的技术，依靠其系统构成的灵活性、操作管理简便、控制功能丰富、信息资源共享、安全可靠性高等优点，并伴随着计算机软硬件及其网络技术的发展5，可以实现更强大更高级的控制功能，使得企业可以更加科学和规范的生产。

参考文献

[1]中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司操作工培训教材.

[2]Honeywell公司Experion PKS过程知识系统学习资料.

[3]殷得和.PKS系统在蜡油加氢装置中的应用.石油化工自动化[J].2010，1：31-33，56.

[4]张德泉.集散控制系统[M].北京：中国石化出版社，1997.

[5]胡斌.PKS系统中实现电气设备的现场总线控制[J].自动化博览，2007，24（6）：71-73.