1. 南通醋纖公司的工藝狀況及自控系統背景 南通醋酸纖維有限公司（以下簡稱NCFC）是主要生產醋酸纖維用作香煙過濾嘴用絲束的中美合資大型工業企業，集熱電、化工、輕紡為一體，生產區域按其功能分為3塊，即：紡絲、醋片和公用工程區域，主要產品為二醋酸纖維絲束及其原料二醋酸纖維素片。其中醋酸裂解和醋酸精餾同在一套控制裝置中完成。整個生產過程自動化程度及水平很高。 由于市場需求不斷增加，2004年，NCFC開始四期擴建工程，擴建后的規模和生產能力將大幅度的提高。其中醋酸精餾生產裝置的擴建是四期工程的重要部分，主要包括7個生產裝置的擴建。 NCFC的工藝裝置在1993年二期采用了RS3（4～20mA輸出信號）控制系統，1998年三期升級為RS3（4～20mA+HART輸出信號）控制系統。RS3控制系統是非常經典的DCS系統，幾年來的運行情況也得到了充分的肯定。但是從發展的角度來看，四期擴建工程的自控系統方案是否延續使用RS3系統有待全面論證。 2. 四期自控系統的選擇 2.1 控制系統性能評估 在對系統進行改造時我們需要考慮直接及間接經濟效益。具Emerson公司提供的參考數據，通常來說DCS操作站的壽命一般是5年；控制器的壽命大于15年；I/O板卡的壽命是大于20年；現場接線（電纜）的壽命是大于40年。DCS的板卡的維護成本是隨著年代的推移而增加，而板卡的技術水平是隨著年代的推移而降低。為了使得原有的DCS投資不浪費，通常先考慮做操作站改造，其次是考慮控制器的改造及最終I/O級的改造。如果簡單的將系統推倒重建，那么就會造成原有的、仍然具有使用價值的DCS系統的硬件及軟件資源浪費。系統推倒重建所要投入的費用不僅僅要考慮購買新系統的投資，還應該考慮到重建新系統所引起的相關工程投資（比如人力，物力及財力）及長時間停車所造成的直接工廠盈利損失。 醋酸裂解和精餾裝置二、三期系統均采用了Emerson的RS3 DCS系統，從RS3系統的結構和特性考慮，如果在系統擴展中繼續使用RS3系統，雖然大部分控制策略和操作界面可以共享，但是從綜合性能比較，系統要進行全面的評估。隨著計算機和自動化技術的發展，作為老一代DCS代表的RS3系統已經不能滿足日益升級的控制和管理要求，存在一些不可避免的問題： 操作環境、數據總線和網絡通訊為封閉的系統，在平臺開放性方面功能較弱； RS3系統逐步被主導產品所取代，備件供應困難、價格昂貴、維護成本高； RS3系統受到內部功能和結構的限制，擴展性能差等等。 目前，Emerson公司的主推DCS產品DeltaV系統在繼承RS3系統優勢的同時，還融入了最新的自動化科技，如：支持各種現場總線，基于工業以太網，易于擴展，可在線升級，同時內嵌各種復雜控制算法和先進控制系統。因此DeltaV（4～20mA+HART輸出信號）系統成為四期系統擴展的主要選擇，但也帶來幾個難點：在線升級、新老系統的無縫集成、控制策略和人際界面的重新開發等。經過認真的技術交流和綜合分析評估，從工廠的長遠發展利益、保持系統的先進性、可擴展性及整體性考慮，我們最終選擇了原RS3系統改造升級、新DELTAV系統擴展、兩個操作界面統一的全集成方案。 2.2 四期控制系統架構 原二、三期系統包括RS3系統（7對冗余的控制器）和兩套Tricon ESD緊急停車系統，四期系統將在此基礎上增加一套DeltaV系統和兩套Tricon ESD緊急停車系統。同時，將原有的RS3操作站全部替換為基于Windows平臺的DOR和DeltaV操作站。DeltaV控制系統包含8對冗余的控制器，分別控制相對獨立的8個子區域，以盡量減少控制器間的通訊。新增的兩套Tricon ESD緊急停車系統分別控制兩套裂解爐裝置的安全停車 [align=center] 圖一：四期控制系統架構[/align] 2.3 新老系統的接口設計 四期系統改造完成后，要求原RS3具有系統開放性、通用性。將PEERWAY 通訊協議通過專用網絡接口（包括硬件與驅動軟件）轉換成標準的以太網通訊協議，與四期新擴展的DCS系統在控制層、操作層、通信等方面完全100%兼容。在確保這些數據的完整性及高度可靠性的前提下，實現I/O數據、控制器數據、中間計算數據、操作數據的完全共享，無限量的快速實時數據交換，而中間不需要任何轉換接口服務。最后，使得兩個不同的控制系統在同一個操作系統下來完成所有的生產過程控制，從而得到完美的結合。 由于四期系統是一個新老系統、異種系統的集合，不同系統之間的互連成為了項目實施的重點，并在一定程度上影響到系統的正常運行。因此系統間的接口設計中必須解決以下幾點問題： HMI與RS3、DeltaV之間的通訊 四期HMI（人機界面）系統需要將RS3原有的操作站全部替換為Windows平臺上的DeltaV操作站，而標準的DeltaV Operator軟件是不能連接RS3的，必須使用DeltaV Operator for RS3（DOR）軟件結合RNI設備才可以與RS3通訊。且每個RNI建議連接不超過3個DOR。為此我們將10個操作站分為兩組：6臺安裝DOR，既可以訪問DeltaV又可以通過RNI訪問RS3；其余4臺安裝DeltaV，只能訪問DeltaV系統。 DOR作為RS3系統的HMI軟件，雖然可以瀏覽DeltaV的畫面，但在功能上與DeltaV有著較大的差別。例如，由于工具欄和報警欄的不同，DOR無法打開DeltaV的報警列表和操作記錄，也不能看到DeltaV的實時報警條，這樣對于在DOR上想同時瀏覽DeltaV畫面的用戶來講不太方便，為此，我們對DOR的系統畫面做了一些修改，使用戶可以在DOR和DeltaV兩個系統間自由切換。 RS3與DeltaV之間的通訊 由于生產擴建中并不是新建所有的工藝裝置，有些設備將成為三、四期系統的公用設備；有些原來由RS3系統控制的設備并不接入DeltaV系統，但控制策略需要在DeltaV中實現。這樣一來，勢必需要在RS3系統與DeltaV系統之間建立起控制器間的通訊。我們采用Modbus通訊和OPC Mirror數據鏡像兩種方式來實現： Modbus通訊 在RS3和DeltaV的Modbus模塊之間建立Modbus連接。 OPC Mirror數據鏡像 在一臺服務器上安裝DeltaV OPC Server和Matrikon OPC Server for RS3 RNI，建立OPC Mirror中轉實現RS3與DeltaV的數據交換。 Modbus通訊方式只跟硬件相關，較為可靠但數據傳輸量較少，適合用來交換較為重要的控制數據；OPC Mirror方式需要通過OPC軟件中轉數據，適合不太重要或數據量大的交換。 DeltaV與Tricon ESD之間的通訊 四期工程中采用了兩套TRICONEX公司的Tricon三重冗余容錯PLC控制系統，它需要包含對4臺裂解爐的控制、安全保護、安全緊急停車和事故記憶等功能。Tricon系統的I/O卡件均采用冗余結構，每個輸入/輸出點的信號都采用三重選舉電路處理，因而安全性和可靠性極高。Tricon ESD系統需要將各個測量點的報警信息和控制流程傳送到DeltaV系統的操作界面上監視，這些信息都是停車或工藝診斷的重要依據。作為一種簡單而又可靠的通訊方式，Modbus通訊成為了DeltaV與Tricon ESD系統之間通訊的首選：DeltaV系統作為Modbus主站，Tricon ESD作為從站，實現兩者間通訊。 DeltaV、RS3與管控系統間的通訊 DeltaV、RS3與管控系統間的通訊主要是指將過程數據提供給管控系統用來歸檔或做進一步的統計分析用。系統利用DeltaV OPC Server 和Matrikon OPC Server for RS3 RNI可以提供大量實時的OPC數據服務，實現了過程數據的及時采集、優化控制及管控一體化。 2.4 AMS智能設備管理 在四期項目中選用的儀表幾乎都是支持HART協議的，DeltaV中也選用了集成HART的I/O模塊。這樣，通過AMS智能設備管理系統與DeltaV系統的集成，工程師無需抵達現場，從PC上您就可以檢查設備狀態、組態、調整量程以及執行診斷。AMS的優勢還在于： 可支持220 種以上的HART設備和80種現場總線設備。 支持在線訪問設備診斷信息，對設備進行連續監測，立即發現存在的故障。在故障造成重大事故前，及時采取措施。 提供獨特的在線性能診斷，實現最佳的閥門預測診斷。 能夠方便地實現數據庫與標定器之間的數據傳送。可提供每個設備的標定結果和所有的維護信息，有助于遵循各類管理機構的規范。 2.5 實施計劃 “良好的開始是成功的一半”，正確周密的實施計劃是項目順利進行的關鍵，對于多系統集成的項目尤為重要。我們堅持了從個體到集成的調試原則，從每個通道到每個模塊再到每個子系統，最后確保整個集成系統的準確無誤，實現了開車一次成功。 3. 控制室設計方案 在1993年的二期設計中，在控制室內設置了值班室、儀修室，為日后的擴建需求做出了預留。在1998年的三期設計中，將值班室改造為控制機柜室；在2004年的四期設計中，再次將儀修室改造為控制機柜室。所以，二、三、四期共同使用一個中央控制室，操作、檢修都很方便，也從基礎設施上為此次新老系統升級、合一在上提供了可能。四期成功開車后，操作工作的便利性，令廠方十分滿意，這是自控設計中值得借鑒之舉。 4. 開車效果 目前，四期工程中的2個裂解爐已經成功開車。單單從經濟效果上來說，在如此短的工程建設周期中、在原有的控制系統基礎上對系統升級改造，節省了大量的DCS投資及相關工程中的人力、物力、財力投資，也大大減少了長時間停車所造成的直接工廠盈利損失。 5. 總結 醋酸裂解和精餾生產裝置DCS系統的擴展采用了RS3、DeltaV和Tricon系統，均是國際一流的控制系統，將三者全集成在一起，發揮各自的優勢，節省了大量的工程投資，縮短了停車的時間。此次擴建，從設計到成功投運都是新老DCS控制系統無縫集成的一次創新嘗試。項目成功的關鍵在于對各系統全面深入的研究和理解、對工藝的洞悉以及對關鍵節點的把握。周密可行的實施計劃，科學嚴格的項目管理，保證了項目實施的各個環節始終處于控制之中，直至項目圓滿成功。