★于枫，李馨，刘大江，王彪（中国石油大连石化公司，辽宁大连116033）

摘要：连续重整装置DCS控制系统采用的是Honeywell公司的TPS控制系统，已经连续使用20余年。监控设备的软件版本较低，硬件设备备件购买困难，设备进入故障高发期，尤其是GUS操作站及LUN/UCN网络频繁故障。为了保证装置平稳安全的运行，对TPS控制系统进行升级，升级方案是在原有TPS系统基础上，更新过时的、老化的、故障多发的设备和软件，保留生命周期长、稳定性高的PMIO设备及I/O卡件，将原有的LCN/UCN网络替换成PKS系统容错以太网FTE结构网络。在升级过程中标准化组态方案，对其它控制系统升级具有借鉴作用。

关键词：TPS系统；PKS系统；标准化组态

1 引言

公司连续重整装置采用的控制系统是Honeywell公司TPS系统，已投用20余年，由于系统频繁报警，装置安全生产存在一定隐患，经过公司讨论确定在停检期间进行系统升级改造。

2 TPS系统升级改造的必要性

连续重整GUS操作站采用WindowsNT4.0操作系统，现已出现性能下降及故障频发现象，给正常的安全操作带来影响。特别是随着计算机技术地不断更新和发展，现在主流的计算机设备已经不能兼容现场DCS系统软件，一旦现场GUS设备出现故障，将面临无可替换的备品备件，严重时无法短期内恢复系统，市场上已经无法采购到支持该操作系统的计算机，将给生产带来相当大的损失风险。将操作站升级成Windows10系统，方便日常维护及备件储存。

为了降低维护成本，随着Honeywell公司技术更新和设备的改进，越来越多的通用IT设备被应用到DCS系统中，如PKS系统中将完全取消TPS系统中NIM、HM、GUS等专用设备，使用通用的计算机设备替代，使用以太网技术替代了LCN、UCN网络，相反原有的专用设备由于应用减少，市场成本增加，价格不断上涨，购置备品备件的压力越来越大。通过升级将使用Honeywell认证的服务器、工作站、以太网设备替代TPS系统中的GUS操作站、NIM节点、HM节点和LCN、UCN网络，消除各设备多年使用累积的故障隐患，使升级后的系统开始一个新的稳定运行周期。

用PKS系统C300控制器替代原TPS系统的HPM控制器，新的C300控制器比HPM控制器有更强大的处理能力、更多的控制算法，兼容更多的现场设备。C300控制器替代HPM控制器将保留使用原HPM控制器的I/O卡，不改变I/O通道分配，无需工程组态、没有I/O拆接线工作，工期短，无风险。

随着企业信息化管理水平的不断提高，对DCS系统中过程数据将会有进一步的需求，可能被实时地应用到生产管理、设备监控、质量分析、优化控制等方面，TPS系统因为是上世纪80年代的技术，系统的开放性和信息的进一步开发应用能力无法满足现代技术的需求，成为企业提高生产过程信息应用的障碍。通过升级，能够获得PKS系统的新功能、新技术。分享新一代PKS控制系统的技术成果，新的PKS控制系统性能更加稳定、使用方便、维护简单、备品备件易于采购。

3 系统升级方案

3.1 TPS系统配置图及升级后PKS系统配置图对比（如图1、2所示）

图1 TPS系统配置图

图2 升级后PKS系统配置图

3.2 TPS系统升级方案

3.2.1 系统软件升级

将TPS控制系统软件升级为Honeywell Experion PKS控制系统软件，软件版本为最新版本R511，功能更完善，稳定性更好，PKS的软件授权与原系统授权保持一致。

软件内容包含3000点过程组态软件授权、1000点SCADA授权、服务器数据库软授权、Modbus接口授权、OPC数据访问服务器连接授权、Excel数据交换、报表使用、组态工具：Control Builder（C200/C300/ACE控制策略组态软件）、Quick Builder（操作站，操作员、SCADA通讯组态软件）、HMIWEB Display Builder（流程画面、显示画面组态软件）。

通过这些软件，能够很方便地进行控制策略的生成和操作画面的制作。系统基本软件安装在服务器上，实现系统的全部基础功能，包括实施数据库采集、处理和历史存储，同时进行报警管理、网络管理等。

原有的HPM的控制组态通过升级工具软件转换成C300的控制程序，保证原有控制策略移植到PKS系统的C300控制器中，提高了升级过程的安全性，减少了组态工作量，缩短了工程工期。

3.2.2操作员站及工程师站硬件升级

（1）PKS服务器

新增2台冗余的PKS服务器，取消原有工程师站和App节点，作为OPC服务器与MES系统通讯。

硬件采用DELL T340的高性能服务器，操作系统采用经Honeywell公司的测试认证的Windows Server2016（64位），确保系统的兼容性与可靠性。

（2）操作站

原4台GUS操作站升级为4台双屏PKS操作站。操作台利旧，现场机柜间增加4个双屏支架。

硬件采用DELL T5820XL工作站，采用双屏22"LED液晶显示器，操作系统采用经Honeywell公司的测试认证的Windows10，确保系统的兼容性与可靠性。

（3）防病毒服务器

现场机柜间的工程师室新增1台防病毒服务器。

硬件采用DELLT340的标准服务器，操作系统采用经Honeywell公司的测试认证的Windows Server2016（64位），确保系统的兼容性与可靠性。

3.2.3 系统下位控制器部分的升级及改造

3对冗余的HPM控制器升级为2对冗余的C300控制器。

原有TPS系统HPM09/10与HPM11/12整合升级为1对C300控制器，HPM13/14单独升级为1对C300控制器，HPM机柜内空闲的机笼位置安装C300控制器及控制防火墙。升级后，原HPM机柜及I/O卡件保持兼容，继续使用，C300控制器通过I/OLink电缆和原HPM控制器对应的I/O卡件箱连接通讯。原系统I/O卡件和辅助机柜保留使用，升级过程无需重新接线，没有外围辅助工程的设计、施工和工程投资。

不兼容卡件升级方案如下：

Pulse Input卡件，C300控制器不支持PMI/OPulse Input卡件，所以把Pulse Input信号通过安全栅转换成4～20mA信号，这些信号直接接到原有AI卡件的备用通道。

PMIO IOP卡件，原有HLAI和LLMUX IOP的芯片固件未达到C300控制器支持的最低标准，因此采用对芯片进行升级，能够最大限度地降低施工量，输入输出卡件及现场、盘间接线保持不变，极大地降低项目的风险及节省了资金成体，缩短了项目工期。

3.2.4 控制系统网络升级

PKS系统网络使用Honeywell的容错以太网FTE结构，以代替原有的LCN/UCN网络。

改造现场机柜间1面LCN柜为网络柜，放置新增的1对交换机，光纤盒，以及Terminal Server。

中央控制室新增一面网络柜，放置新增的1对交换机、光纤盒。

配置交换机4台，连接服务器、C300控制器及操作员站构成FTE结构。交换机之间的光缆利旧，增加以太网线满足实际需要。

3.2.5  第三方接口添加

新增OPC Data Server接口，对外发送PKS系统过程数据，与MES系统通讯，为工厂数据集成提供服务。

配置2台终端服务器及Modbus接口软件授权，与ESD系统进行冗余通讯。

4 升级过程功能完善及标准化组态

（1）控制器负荷画面进行显示并做历史曲线；流程图增加一副控制系统硬件状态图，如每个控制器、每个电源、每个卡件、操作站、服务器等，方便维护人员系统巡检。如图3所示。

（2）做自控率统计画面，自动计算自控率，串级、比例、复杂回路等均考虑为一个回路；每个回路可以增加备用/投入开关，真实反映装置自动率实际状况。如图4所示。

图3 系统负荷及硬件状态图

图4 自控率回路统计图

（3）自动生成工艺报表，分为班报、天报、周报、月报，自动汇总工艺操作记录及报警相关记录。如图5所示。

图5 自动生成工艺报表

（4）报警分类：根据工艺点的重要程度分一、二、三级，一级报警为红色，二级报警为橙色，三级报警为黄色；取消原有仪表设定的高报、低报与高高报、低低报二级报警颜色警示方式。如图6所示。

图6 三级报警图例

（5）控制回路关键PID与常规PID面板不同，关键PID面板有黄色背景，提醒操作人员小心谨慎；面板增加二次确认，SP值超工艺卡片值时，需要弹出确认窗口，确认后直接输入键入的值，但上下箭头及上上下下箭头无需二次确认。如图7所示。

图7 关键PID与常规PID面板图例

（6）取消原有高、高高、低、低低值启停泵/阀的控制，而采用比较方式，比较的值可以在线修改。如图8所示。

图8 比较方式启停泵图例

（7）Station画面增加简易联锁逻辑图，PKS联锁输入点每种类型做投切按钮，方便工艺人员紧急情况摘除联锁及仪表故障处理。如图9所示。

图9 简易联锁逻辑及投切联锁按钮图

5 升级中发现的问题及解决方案

5.1 网络故障

问题：装置开工过程系统FTE网络频繁故障报警，系统多次单网运行。

原因分析：经排查FTEB网存在数据包丢失现象，从而造成网络断开系统报警，进一步确认发现管控中心到连续重整间距有2000多米，而利旧原有多模光缆已使用年数太久，存在衰减现象，B光缆跳线直接接到交换机多模SFP模块上读取不到数据。

解决方法：将B光缆跳线经过光端机转换放大光信号，最终通过网线接到交换机网口上，最终解决方案是重新施放1根单模光缆彻底解决光缆引起的报警现象。

5.2 回路故障

问题：多个复杂回路投不上自动。原因分析：单回路控制现场无问题，因此确认是组态存在问题，经排查发现故障回路都存在FANOUT模块，确认功能块参数组态存在错误。

解决方案：通过帮助文件查出FANOUT模块成比例输出数据，组态方式与下方链接点量程有关系，按照对应关系逐个改变参数后投用正常。

6 结束语

本次系统升级投用超过1年，未出现任何系统软硬件报警，从根源上消除了原有系统隐患，降低了维护成本，减少了仪表工作量，优化地操作画面更是赢得了生产车间一致好评。这次改造，从根本上解决了TPS系统对装置长期安全生产运行存在的风险隐患，对装置平稳运行给予了有力保障。标准化施工方法也可以为其它控制系统的升级起到借鉴作用。

作者简介:

于枫 （1977-），男，辽宁大连人，工程师，现就职于中国石油大连石化公司，研究方向为仪表及控制系统。

李馨 （1989-），女，山东蓬莱人，工程师，硕士，现就职于中国石油大连石化公司，研究方向为化学工程工艺及仪表自动化。

刘大江 （1989-），男，辽宁大连人，工程师，学士，现就职于中国石油大连石化公司，研究方向为自动化。

王彪 （1982-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，硕士，现就职于中国石油大连石化公司，研究方向为控制工程。

参考文献：

[1]刘建宇,刘永恒,王勇.针对TPS系统GUS操作站升级问题的探讨[J].

[2]Honeywell(中国)自动化学院.ExperionPKSR5XX系统组态实验手册[Z].

摘自《自动化博览》2022年9月刊