计算机监控系统的搬迁及升级改造

杨 跃

(云南大为制氨有限公司电仪中心，云南 沾益 655338)

云南大为制氨公司50万t/a合成氨装置于2008年5月建成投产，生产操作控制主要集中在锅炉岛中控室与气化合成中控室两个操作室。原操作室由于距离生产装置比较近，为了改善操作人员工作环境，保障操作人员的安全，公司决定对这两个操作室进行搬迁，即将计算机监控系统移动到相对安全的位置。

计划利用生产装置短停检修时间，对中控室合成氨装置、煤气化装置、空分装置、锅炉岛装置所有操作站和辅操台，以及相应的视频监控系统、PLC监控系统进行搬迁改造，将合成氨操作室和锅炉岛操作室将搬迁到新的控制室。为此，制订操作室搬迁方案时，根据DCS系统的运行中存在的问题、DCS升级换代情况，以及公司生产发展需要，对监控系统搬迁改造方案进行讨论研究，严格控制投资成本，不断优化和完善搬迁改造方案。在2019年3月系统停车检修期间顺利完成了搬迁改造工作，提高了监控系统的性能，延长监控系统的生命周期。

1 监控系统搬迁设计与优化

由于计算机监控系统机柜间控制站搬迁投资巨大(仅电缆费用就要上千万元)，工作任务重(有上万个仪表信号电缆要敷设、接线)，需要的安装调试时间长(至少要一个月时间)，最后决定只搬迁计算机监控系统的操作站和辅操台，控制站仍然保留在原来的机柜间，这样就可以大大减少工作量和投资费用。主要搬迁改造工作如下：

1)供电电源和网络通信[1]

网络通信和供电电源供电采用双路冗余系统，且通过不同的电缆电桥架从不同的方向引到新的控制室，保障通信和电源安全。当一路出现故障，系统仍能正常工作。

在新中控室安装设置新的电源柜和网络通信柜，锅炉岛新中控室距离老中控室有 100 m 左右，距离比较近，锅炉新中控室供电由原UPS提供，分别从两个UPS电源分配柜引起新中控室电源柜。合成氨中控室距离老中控室大约有 500 m ，距离远，要经过生产装置区。为了保证安全，由电气供出两路市电分别到新中控的两台UPS，再到电源柜。电源柜到各个操作站采用双电源供电。

网络柜在新老操作室各安装一组(其中合成中控新老操作室各2台，锅炉岛新老操作室各一台)，DCS使用4根8单模光纤分两组分别从不同线路的桥架连接，ESD/ITCC/DEH使用2根8单模光纤分两组分别从不同线路的桥架连接，可保证一根光纤故障或者一台交换机故障不影响系统的正常运行。DCS、ESD/ITCC、视频监控、PLC、DEH等控制系统通讯也通过网线连接到老控制室网络柜交换机上，然后通过光纤连接到新控制室网络柜内交换机上，再通过交换机用网线连接到各个操作站。

2)DCS双屏操作站安装设计

横河DCS在增加双屏软件包授权后，一个操作站电脑主机可带两个显示器，通过鼠标操作不同的监控画面。

合成中控操作室原来气化DCS操作站有8台，合成空分5台，两洗变换4台。为了方便操作人员对重要工艺数据的监控，提高工作效率，减少关键岗位操作人员的数量，在新操作室内设计采用双屏监控。

通过讨论确定气化操作站设置6台双屏操作站，空分合成设置4台双屏操作站，变换两洗设置4台双屏操作站，DCS操作站电脑数量减少了3台。锅炉岛DCS操作站原有14台，改为双屏操作站后，搬迁后配置了9台双屏操作站，减少5台操作站电脑。多余的操作站用作新工程师站或者备用。

3)ITCC/ESD操作站

ITCC/ESD 3套系统共用两对冗余网络交换机，实现数据共享。操作站增加网卡，采用双网卡冗余通信，提高系统可靠性。

4)辅操台

辅操台主要用于关键设备的声光报警和紧急停车，由于辅操台移至新中央控制室，辅操台与系统之间使用的是硬接线方式。因此，新中央控制室至原系统机柜间需新敷设信号电缆用以连接辅操台。为了保证在紧急情况下，系统能正常的停车，设计采用了双线路，一路走空中，一路走地下。声光报警和运行停车通过端子并接在起，紧急停车按钮则采用独立的两个开关分别进行系统，只要任何一个开关按下动作，系统就会自动停车。

5)视频监控系统

视频监控系统由新控室安装的大屏幕进行集中显示，大屏幕由24个50英寸的无边液晶显示屏组成，由大屏幕控制矩阵控制，可输入8路HDMI信号，24路HDMI输出到液晶屏。在操作台内安装两台海康威视4200一体机，通过光纤网络将原操作室内两台硬盘录像机视频信号投到大屏幕上进行显示。左侧12个液晶屏由气化分厂操作控制，右侧12个液晶屏由合成氨分厂操作控制[2]。

6)PLC操作站

主要有电除尘PLC、输灰PLC、DEH、煤气化振打器PLC

煤气化振打器PLC监控原来采用的是触摸液晶屏，为了实现远程监控操作，将CPU模块更换为带以太网接口的CPU模块，在新中控安装一台电脑及WINCC FLEXIBLE 软件进行远程监控。

7)有毒有害气体监控站

原系统采用MSA SUPRMA 控制器通过CAN总线转换为RS485串行信号，一路到DCS，一路到上位机。由于REMACAN总线转换器故障不能正常通信，在锐马控制器上增加了一块带以太网口的通讯卡，将上位机通讯修改为MODBUS TCP/IP通讯。监控站搬迁到新中控室后，采用光纤网络进行通讯，声光报警与确认复位按钮通过一根8芯电缆进行连接到新中控操作台。

8)锅炉岛汽化轮发电机DEH 操作站。

2 监控系统升级改造与优化[3]

2.1 合成装置控制器升级

合成装置有监控站9套，其中FCS0110站使用的是AFV30D控制器，其他8套均为AFV10D老控制器。由于DCS控制器AFV10D已停产，新上项目均采用AFV30D，AFV10D控制器已难以购买，即使买到，价格也比AFV30D还要高。AFV30D作为AFV10D的升级替代产品，性能上有了较大的提高。而现有AFV10D控制器由于使用时间长，故障率较高。

本次升级将合成现有AFV10D控制器更换成AFV30D控制器，以及对应的授权由VP6F1550更换成VP6F1750授权。更换下来的AFV10D有两套作为氨库区、硫回收远程IO点升级改造，其余的可作为锅炉岛DCS系统的备件。

2.2 远程IO站的改造

氨库和硫回收之前采用远程节点同轴电缆的方式，同轴电缆是横河上一代淘汰的远程节点模式；

同轴电缆的缺点：一是不便于维修，电缆某点出现问题，整根电缆都需要更换；二是同轴电缆远程模式是通过交换机光电转换模式，中间环节多，容易出现通讯问题，且同轴通讯设备不通用；

氨库和硫回收利旧采用横河AFV10D控制器改造优点：

1)增加控制器，减少了原合成工序控制器的监控负荷。

2)将远程IO站变成本地FCS独立的控制器，为以后氨库和硫回收扩容建设提供便利(1个FCS可外接13个NODE)，光纤通讯方式路径简单，运行更稳定，光纤结构通讯设备与在用其它FCS的通讯设备通用。

3)采用利旧AFV10D控制器改造，增加了系统的可用性，扩容性，稳定性，还节约建设成本。当通讯出现故障时，本地控制器可以独立工作，不影响生产控制，保证了硫回收和氨库监控系统的可靠性。

氨库装置原始配置：远程节点ANR10D 2套；硫回收装置原始配置：远程节点ANR10D 3套；主要改造内容：

1)氨库装置现改造

控制器机架AFV10D 1套(利旧)；本地节点机架ANB10D 1套(新增)；通讯电缆YCB301 2根(新增)；通讯卡EC401 2块(新增)。

2)硫回收装置现改造

控制器机架AFV10D 1套(利旧)；本地节点机架ANB10D 2套(新增)；通讯电缆YCB301 4根(新增)；通讯卡EC401 2块(新增)。

2.3 双屏显示器改造

为了方便操作人员对重要工艺数据的监控，提高工作效率，减少关键岗位操作人员的数量，在新操作室内设计采用双屏监控。横河DCS在增加双屏软件包授权后，一个操作站可带两个显示器，通过鼠标操作不同的监控画面。

1)合成氨新增

双屏授权软件包：VP6H4600 14套；双屏支架： 20套；显示屏：(16∶9) 21.5 LED 10台。

2)锅炉新增

双屏支架：9套；显示屏：(16∶9) 21.5 LED 9台。

2.4 锅炉岛温度联锁系统改造

锅炉装置1-4号炉温度RTD信号、TC信号是由现场PT100及热电偶直接进横河端子板MRT及AET4D在上卡件的。由于长期使用，RTD热电阻信号因线缆接头老化及松动致使测量阻值发生变化，从而在DCS画面上显示的并非现场真实数据；而TC热电偶信号是毫伏电压信号，在现场的复杂环境下，极易产生波动；而且横河RTD卡件故障率高，发生故障后温度指示不可控，极易造成联锁动作停车。因此，通过讨论决定，现将带联锁的温度点进行改造，改为经过温度变送器转换成4～20 mA 电流信号再进DCS系统，并对温度变送器进行组态，出现故障时输出最小或最大，不会引起联锁误动作。

首先在老端子柜内安装导轨和隔离型安全栅，安全棚供电采用导轨供电，将原带联锁的温度点从端子板拆除，接入隔离型温度安全栅，转换为4-20 mA 标准信号后，再由32芯专用缆连接到模拟量输入卡AAI143上。

改造后信号连接方式如图1。

图1 温度信号连接 量图

3 结语

在2019年3月到4月份全厂停车检修期间完成了锅炉操作室、合成气化操作室的搬迁及DCS控制系统的升级改造工作。投入运行至今，计算机监控系统稳定可靠，为生产长周期安全运行提供保障，目前装置连续运行已超过了一百多天。

通过完成这次监控系统搬迁和改造，得到很多的收获，对下一步联碱自动化仪表及控制系统进行升级改造和氨库SIS仪表改造提供了丰富的经验。

为了充分利用装置短停进行升级改造，尽可能少的影响装置开停车时间，提出如下建议：

1)在装置停车前，需要完成电缆桥架、电缆、光纤的敷设，UPS及电源、网络及交换机安装调试、辅操台及开关按钮内部接线，查出校对好线并套上线号，接上新辅操台侧的线，连通新操作室光纤网络，实现网络通讯。

2)在装置停车时，按图纸拆除机柜内旧的辅操台信号线，接入新的信号线。软件的修改及下装必须在装置停车时完成，在开车后尽量不要再去修改下装监控软件。

3)完成接线后，在开车前必须进行联锁调试并做好调试记录。

4)随着时代的发展和科技的进步，监控系统软件和硬件也在不断的升级换代。监控系统软件与硬件均有一定的使用寿命和生命周期，可通过升级改造以提高系统的可靠性和稳定性，减少和避免故障的发生，为工厂安全生产提供保障。