先进控制与西门子PCS7系统接口的应用开发 董 庆 龙 （大庆石化公司 .DOCVIP

先进控制与西门子PCS7系统接口的应用开发 董 庆 龙 （大庆石化公司信息技术中心，黑龙江 大庆 163714） 摘要：文中结合某炼油厂常减压装置炉温优化项目的实施过程，阐述了在西门子PCS7控制系统中嵌入第三方先进控制程序和控制接口程序的开发。炉温优化先进控制项目，综合考虑了影响炉温的众多因素，应用复杂控制策略，控制加热炉出口温度平稳，实现了装置的平稳运行。 关键词：先进控制； PCS7； OPC； 常压炉； 减压炉 先进控制dvanced Process Control）系统基于数学模型的预估控制系统是用多变量线性模型来描述过程的动态特性、用模型预测过程输出轨迹与希望轨迹的距离作为控制质量指标,求得最优的控制策略。利用先进控制技术满足装置安全平稳操作的要求、提高装置加工能力和高附加值产品收率,是国内外炼化企业普遍采用的技术手段。OLE for Process Control）与DCS连接，实现复杂控制器与DCS的数据交换。控制器从DCS中读取过程参数，经过运算，得到控制数据，送回给DCS，由DCS实现对现场过程的控制。在DCS中，增加所涉及回路的切换开关，供操作人员在DCS和复杂控制器间无扰切换。炉温控制系统结构框见图1。 图1 右下角的4个箭头中的文字方向转“180度”（与左侧的相同） 图1 加热炉炉温控制系统结构框 具体到PID调节回路，在西门子PCS7系统中，标准PID功能块具有自动（A）、手动（M）、程序（P）3种工作模式，其中自动/手动模式是常规控制模式，程序模式为外部先进控制软件包提供控制接口。当1个PID调节回路处于自动模式时，PID功能块根据本地的测量数据，对测量值与设定值的偏差进行PID运算，把计算结果送给调节机构；当其处于程序模式时，PID功能块接收外部先进控制送来的操作输出值（或设定值），直接（或计算后）送给调节机构。 2 信号传输安全策略 先进控制复杂控制器在向DCS传送数据信号的同时，还传送1个布尔型联络信号—Watchdog（看门狗），该信号定时周期变化。DCS对其进行实时监控，若在规定时间内该信号没有发生变化，则认为网络通讯故障，自动将控制权限切回DCS控制。用看门狗信号判断通讯故障的原理见图2。 图2 DCS端判断通讯故障原理 在APC复杂控制器端，Watchdog信号的实质是1个周期为1 s的脉冲信号。根据图2的功能描述，将对Watchdog信号变化次数的统计，转化成为对时间的统计，即在规定的时间内（例如30 s），如果Watchdog信号不发生变化，就发出“APC通讯故障”报警信号，进而切换到DCS控制。 3 无扰动切换策略及PID参数设置 无扰动切换策略，用于保证APC与DCS切换控制权限时的平滑过渡，不至于对工艺参数造成较大波动。在APC侧，复杂控制器通过OPC通道，实时读取DCS控制回路的测量值（PV）、设定值（SP）、操作输出值（MV）等参数，当调节回路控制权限由DCS切换到APC时，APC直接以当前的PV、SP、MV参数为基准数值，开始计算输出值；同理，在APC控制期间，DCS始终记录APC送过来的调节数据，当控制权限切回到DCS时，PID调节器以切换时刻的PV、SP、MV为起始值，开始接管控制权限。这样，先进控制（APC）与DCS相互跟踪，就实现了无扰动切换。 在PCS7中，当1个PID回路处于“手动（M）”状态时，设定值（SP）跟踪测量值（PV）；在“自动（A）”状态时，手动输出值（MAN）跟踪操作输出值（MV）；系统依据这样的原则，来实现手动和自动之间的无扰动切换。在“程序（P）”状态时，APC与DCS的无扰动切换分2种情况，1种是APC控制操作输出值（MV）的情况，设定值的控制权限属于操作人员设置，不进行测量值跟踪，这样就需要调整PID功能块的“SP_TrkPV”(Setpoint follows PV in manual mode and in tracking设定值跟踪测量值) 控制参数，当切换到APC控制时，将“SP_TrkPV”参数复位至“0”状态；另1种是APC控制设定值（SP）的情况，“SP_TrkPV” 参数可保持默认值“1”不变，用于实现DCS控制时的手/自动无扰切换[3]。 PCS7中PID功能块的程序（P）模式，共涉及到6个参数，其中4个控制输入参数，分别是：AdvCoEn、AdvCoModSP、AdvCoMstrOn、AdvCoMV；2个状态输出参数，分别是：AdvCoRdy、AdvCoAct。 AdvCoEn(1=Enable program mode via interconnection)：通过逻辑联锁来使能PID的程序模式数据类型布尔型 AdvCoModSP(Type of program mode: