APC接口原理及实现方法

APC接口技术原理及实现方法1.引言近年来国内外石油化工行业以增加产品收率、降低原料和动力消耗，保证生产装置的优化和安全平稳运行，提高经济效益为目标，对装置配套先进控制系统（APC）,给生产装置带来显著的经济效益。本文通过先进控制技术软件和DCS控制系统连接接口的原理和实现方法的研究，并以大庆石化分公司全密度装置采用的横河公司CS3000控制系统和美国Univation公司的先进控制软件接口连接为实例，介绍先进控制软件与DCS系统接口的原理及实现方法。关于UnivationTechnologies公司Univation公司制定了以UNIPOL™聚乙烯气相工艺、UCAT™传统催化剂、XCAT™茂金属催化剂和PRODIGY™双峰高密度聚乙烯催化剂为重点的全面技术计划。UNIVATION、XCAT、PRODIGY和艺术化的“UnivationTechnologies”和“U”字母标记是UnivationTechnologies公司的注册商标（在美国专利商标局注册）。UNIPOL和UCAT是陶氏化学公司或其附属公司的注册商标（在美国专利商标局注册）。UnivationTechnologies公司经授权使用UNIPOL和UCAT。国内的全密度装置很多都采用Univation公司的UNIPOLPE技术，包括引进相应的先进过程控制（APC）系统。例如：对榆林能化公司的授权许可进一步扩大了Univation公司的在华客户群。目前，中国已投产或在建的UNIPOL™聚乙烯工艺反应器装置已有20多套oUnivation公司最近宣布在华动工兴建新的UCAT™J催化剂装置。UnivationTechnologies公司副总裁StevenStanley说，“该装置将满足当地获得UNIPOL™气相法聚乙烯工艺使用许可的企业对催化剂的需求。随着中国聚乙烯需求增长以及产品要求发生变化，我们灵活的工艺技术，再加上我们高级催化剂产品的支持，将有助于榆林能化公司把握更多机会。”中国石油大庆石化分公司全密度装APC是目前国内正在投用的最先进、最新型的系统。通过实施先进控制，可以改善过程动态，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而使生产装置在接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量、提高目标产品收率等目的。但是我们面临的同一个问题就是APC和DCS这两个系统是如何衔接的。虽然各个厂家DCS系统和先进控制软件不尽相同，但两者接口的实现方法却是大同小异。2.APC系统结构大庆石化公司全密度聚乙烯装置APC系统结构如图1所示。FRE-05全密度暉统配冒圏HI510&C-HISK59FRE-05全密度暉统配冒圏HI510&C-HISK59HI51C50HES1D57HI51056HIS1D55HIS1C54MISX5 GDSHE窃三方厂耗供滾哄藍豳拱％II机图1全密度聚乙烯APC系统结构采用OPC服务器完成APC与DCS的数据交换，即在Univation公司的APC服务器上安装MatriconOPC服务软件的Client端,在横河公司CS3000系统的OPC服务器上安装MatriconOPC服务软件的Server端，通过OPC协议实现APC与DCS的数据交换。实时运行时启动OPC服务进程,APC软件通过自带的OPC客户模块与DCS网络上的OPC服务器相连，通过OPC服务器读取最新的实时测量数据，并将输出数据送给OPC服务器，再由OPC服务器将数据实时地传送上相应的控制模块。采用OPC通讯方式最大优点是安全可靠，不需要修改DCS的原有组态。3.具体实施步骤下面以全密度装置的一个控制回路FIC4001-1为例，具体说明APC与DCS之间的接口是如何实现的。3.1基础工作首先在横河CS3000系统中建立PID模块FIC4001-1并下装主程序，使操作工能够对该回路进行手动/自动操作。根据上文所述APC服务器可以通过OPC服务器和横河底层数据库相连，这样APC服务器就可以读取到DCS数据库中的任何数据。然后在DCS系统中建立一个寄存器模块（BUF）,该寄存器模块可以记录16个单独的数据，将APC需要的FIC4001-1的相关参数如当前值（PV）,设定值（SV）,输出值（MV）等寄存在当中，供APC读取使用。表1APC及DCS相关变量对照表APC相关变量及说明DCS相关数据项备注REQUEST:发送请求XXXREQ.PVXXX代表PID模块名，如FIC4001-1CONTROLMODE:控制模式XXXM.SWXXX代表SW模块名RSV:APC远程设定值BUF.DT01BUF模块的第一个数据WD:APC看门狗变量BUF.DT02BUF模块的第二个数据ACCEPT:APC握手信号BUF.DT03BUF模块的第三个数据SHED:APC脱离控制BUF.DT04BUF模块的第四个数据MV:PID模块的手动输出BUF.DT05BUF模块的第五个数据SV:PID模块的设定值BUF.DT06BUF模块的第六个数据3.2实现方法在DCS中的实现我们通过在横河系统中建立8个功能块并在CALCU功能块中进行语句编程实现了上述APC与DCS接口。虹■匚控制II-FIC4a01-l图2实现接口所采用的DCS功能块其中，FIC4001-1BUF是数据寄存器模块，其记录的数据参见表1；FIC4001-1M是FIC4001-1的模式记录模块，它将FIC4001-1的模式记录并通过OPC服务器传给APC；LC40011是一个逻辑块用于实现APC与DCS间的握手逻辑及脱离逻辑和相关的报警信号；RL40011是一个比较模块用于判断APC的SHED和WD信号是否产生。C40011是计算模块在此块中通过编程来实现在模式切换的过程中，RSV及SV等各变量的赋值；F40011通过编程来实现握手时间计时器的设定；ST40011通过顺控表编程来实现DCS对WD变量的监测及报警；TM40011是一个计时器与ST40011搭配使用。4.具体程序修改为了确保在APC发生故障或者通讯中断产生大的生产波动，将对每个APC回路增加信号限幅。具体以回路FIC4001-30为例，详细修改如下：⑴计算块C4001-30中增加限幅判断功能ALIASFIC400130RSVFIC4001-30.RSVALIASFICSVFIC4001-30.SVALIASF400130MVFIC4001-30.MVALIASBUFDT05FIC4001-30BUF.DT05ALIASBUFDT06FIC4001-30BUF.DT06ALIASBUFDT01FIC4001-30BUF.DT01ALIASBUFDT02FIC4001-30BUF.DT02ALIASBUFDT07FIC4001-30BUF.DT07新增APC来设定值处理ALIASBUFDT08FIC4001-30BUF.DT08!新增寄存APC来设定值与当前设定值差的绝对值ALIASD400130PVD4001-30.PVALIASMSWFIC4001-30M.SWBUFDT06=F400130MVPT01=BUFDT07-BUFDT01!APC设定值差IF({FIC4001-30.MODE.AUT}==1)THENFICSV=FIC400130RSVBUFDT01=BUFDT05BUFDT05=FICSVBUFDT08=0!APC设定值差清零

MSW=1ENDIFIF({FIC4001-30.MODE.RCAS}==1and{RL4001-30.X03.LT}==1)THEND400130PV=BUFDT02BUFDT07=BUFDT01!APC来设定值赋值给BUFDT07FIC400130RSV=BUFDT01FICSV=BUFDT01BUFDT08=DABS(PT01)!APC设定值差取绝对值MSW=3ENDIFIF({FIC4001-30.MODE.MAN}==1)THENMSW=0BUFDT08=0!APC设定值差清零ENDIFIF({FIC4001-30.MODE.CAS}==1)THENMSW=2ENDIFSHED报警RL40D1-30.X02.E^EL40D1-30,^03.G&⑵逻辑块LC4001-30中加入超出限幅脱离APCSHED报警RL40D1-30.X02.E^EL40D1-30,^03.G& 5 L5S新增APC来设定值变化过大报警设定憶孫化辻犬报崑俣持E秒M（⑶关系式块RL4001-30增加设定设定值限幅值No.OperatorFIC4001-20BUF.DTO3RelatiunalOp已rat£□n2 2.FIC4001-30BUF.DT04RelationalOperationFIC4001-30BUF.DT08Relatj-