核供应商升级控制提高效率和产量

一目了然 系统升级 基于web的人机界面图形 数据库的转换

在核电行业的一家大型供应商进行重大控制系统升级时，决定保留什么，替换什么。

Empresa Neuquina de Servicios de Ingeniería S.E. (ENSI)经营阿根廷国家原子能委员会所有的工业重水工厂，每年销售200公吨反应堆级原生重水，这是天然铀燃料核电站的战略产品。这座重水厂建于1989年，位于阿根廷内乌肯省的阿罗伊托，在拉丁美洲是独一无二的。这个占地50英亩的设施位于阿根廷发电电网的中心，耗电量约为81兆瓦，相当于一个中等城市的用电量。该系统包括300个泵、250个热交换器、240个压力容器、90个气体压缩机、13个反应器、30个蒸馏塔、8个熔炉和500多个电动机等。此外，该工厂还有一对氨合成反应器，总生产能力为4,500公吨/天。

在早期，该工厂的目标是为当地的核电站提供电力。此后，ENSI的商业范围不断扩大，成功打入亚洲、欧洲和北美市场。该工厂被认为是世界上最大的。

为了提高工厂的性能，该公司改造了分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)和控制面板。ENSI选择了Real Time Service S.A. (RTS)和霍尼韦尔阿根廷公司，将其DCS从霍尼韦尔的全厂解决方案(TPS)升级到其Experion过程知识系统。遇到了各种各样的技术挑战。有些需要使用工程最佳实践;在另一些国家，人们吸取了教训。

项目范围

TPS系统安装于90年代末，是工厂升级的一部分。并且必须迁移第三方DCS。基础工程和配置由霍尼韦尔阿根廷公司提供，而ENSI的工作人员负责监督迁移过程。该系统由6个高性能控制器组成;2300个物理I/O点;2000个串行I/O数据点;还有12个全球通用电台。自那时以来，没有对控制系统进行重大改进。

随着阿根廷对电力需求的增加，几个核电站项目开始了。这推动了提高工厂性能的需求。升级的重点是操作效率、系统互联性和未来扩展。显示和报警标准化是一个关键因素。由于人机界面(HMI)是由ENSI的操作员设计的，所以大多数显示器都是高度密集的，虽然它们的性能不太理想，但它们是功能性的。

系统互连是一个特殊问题，因为升级压缩机plc(用于设备健康监测)的并行项目已经启动，因此ControlNet通信必须与罗克韦尔plc和罗克韦尔Entek监控资产系统兼容。

eni决定将现有的TPS系统升级到Experion PKS R201，原因包括保证顺利迁移。对于项目:

• 新的系统架构包含原有的DCS I/O板，因此ENSI不需要对整个控制系统进行升级。重用是可能的，而不需要完全改变工厂的布线和I/O板。更换了控制处理器，增加了开放式控制和监控网络和冗余的Experion服务器。

• 用于操作和工程工作站的z型组件——包括显示器、轨迹球和键盘——被重新使用。

• HPM控制器的大部分控制功能也在C200控制器中实现;该工厂使用新的工程工具简单地复制了以前的系统配置，从而大大减少了工厂的停机时间和工程工作量。

• 霍尼韦尔采用异常情况管理(ASM)联盟的操作显示器建议，简化了工厂显示器的重建。

• 对于系统扩展和维护，Experion通过商用硬件实现工作站，降低了现成硬件的成本。

霍尼韦尔阿根廷公司在其布宜诺斯艾利斯工厂提供核心软件和硬件组装服务。RTS是霍尼韦尔阿根廷授权的系统集成商，为C200控制器提供数据库转换、配置服务、基于web的HMI图形开发和串行设备通信配置。此外，霍尼韦尔还将阿根廷RTS分包给现场安装协助、操作人员和维护培训以及现场启动支持。

迁移遵循硬件和软件级别的完全替换方法。分阶段迁移被认为不具有成本效益，因为自安装以来控制系统没有进行重大升级。此外，在生产线停工的情况下，也可以进行现场工作;所以热切换不是问题。

所提供的系统由冗余Experion PKS服务器组成。在控制层，6对冗余C200控制器(带有PMIO IOLinks和一个串行接口模块)取代了HPM控制器。监控网络选择ControlNet。每个控制器都安装了一个光纤适配器和中继器，以使用现有的光纤线路。全球用户站被六个多窗口Flex站、五个单窗口Flex站和两个工程工作站所取代。此外，信息网络中还包括一台Experion PKS e-Server，为业务层提供流程数据访问。

数据库的转换

霍尼韦尔和ENSI已经配置了以前的TPS数据库，包含大约4,000个点。数据库转换首先对一组典型控制策略中的每个回路进行分类，例如带报警的指示器、简单PID回路、分量程回路、双控制器级联回路和泵控制。RTS和ENSI工作人员完成了这项任务，从而形成了Experion数据库配置的起点。RTS随后将典型的TPS策略转化为Experion模板。该模板还有助于数据库的标准化，为ENSI工作人员的文件编制和维护提供了一种基本语言。

系统之间没有一对一的对等关系，因此，为了防止数据库不兼容，TPS和Experion工程师开发了一个转换表来映射典型模板中使用的点类型、功能块和参数。

一些复杂的TPS策略在Experion中以更简单、更优雅的方式解决，因为Experion功能块通常更通用。例如，Experion的设备控制功能块包含设备统计信息，如运行时间和转换次数;在TPS中，这是在不同的点上完成的。此外，Experion中的大多数控制功能块都有几个联锁选项，其中应该在TPS中配置专用逻辑。

另一方面，Experion不支持某些TPS功能，例如带有外部反馈复位算法的PID。也有一些特殊情况;TPS中的逻辑点可以容纳完全不同控制策略所使用的不同逻辑电路。工程师分析每个点来决定哪个Experion点应该包含逻辑。

一旦定义了模板并准备好了翻译表，就开始创建Experion数据库。通过使用模板和翻译表，从TPS数据库到Experion数据库的自动配置确保了数据的完整性，以及控制和记录过程的手段。

HMI网页显示升级

ENSI的操作人员使用霍尼韦尔GUS Display Builder设计了TPS可视化系统;100个自定义显示器中的大多数都有密集的图形，并且人口密集。使用嵌入的子图片不允许应用自动工具来转换这些显示。此外，ENSI希望遵循异常情况管理(ASM)指南来提高操作效率。因此，TPS和Experion专家开发了一种显示转换策略。

首先，为了让ENSI的工作人员有机会提出更改建议，在Experion的HMI Web display Builder中构建了每个显示的静态部分的转换。样式表被证明是非常有用的，因为它们允许更改显示的美学方面，如颜色、字体和行类型，而不必重新绘制所有显示。

同时，从ASM库中选择动态对象。正如预期的那样，许多动画形状具有TPS显示器中不存在的功能，例如自动面板和报警指示器。

相反，在特殊情况下，必须开发新的形状和面板。例如，所有进出串行接口的数据都在TPS中作为数字或标志数组实现;子图片可以接受这些数组的索引作为参数，因此在显示中不需要额外的数据库点来显示串行数据。在Experion中，动态形状可能不会将索引作为参数传递，因为索引应该是指定参数的一部分，这迫使Experion工程师创建额外的点来管理这种情况。

一旦准备好并批准了显示，并且数据库转换完成，就开始进行数据库链接过程。所选择的方法是遵循数据库转换中使用的典型模板分类。这有助于内部显示验证过程，但它可能会延迟ENSI的显示验证，因为显示直到最后一个模板被链接才完成。

PMIO iolink允许使用现有的tps系统I/O模块，因此在安装过程中不必在I/O机架中留下仪表线。因此，不需要在每个I/O连接上检查控制循环;仅进行了有限的测试(每个I/O卡)以确保适当的互连。这同样适用于串行通信，因为新的串行接口模块连接到旧的霍尼韦尔FTA(模块)，没有更换通信线路。

在启动之前，操作和维护人员就可以使用数据库和显示器，从而可以对整个系统进行深入测试，并提高操作人员的培训水平。正如预期的那样，TPS和Experion之间的过渡非常顺利，除了正常的启动问题外，没有出现任何大问题。

离别的建议

成功的迁移需要TPS和Experion系统方面的专业知识。虽然自动迁移是可能的，但应该进行调查，以确定系统完全不同的特殊情况。此外，该项目表明，在数据库和显示转换的各个方面进行严格的规划是至关重要的。使用ASM指南有助于显示标准化和系统性能。

突然之间

这种完全替换方法的一个值得注意的优点是所有的工作都是一次性完成的。分阶段迁移选项通常从可视化系统开始，因此将显示转换为HMI Web。稍后，当硬件层被替换并转换数据库时，可能会重新转换显示，以利用TPS所缺乏的Experion功能。

PMIO集成对于避免I/O重新布线，简化调试和启动任务，降低其复杂性至关重要。一个优点是数据库和显示对客户的早期可用性。

ENSI希望这次升级将巩固和促进更大的功能，如先进的控制和信息管理。

作者信息

Edgardo Ferro博士就职于国立南方大学;电气和仪表维护经理Martin Bolino和高级系统工程师Ruben Carzoglio是Empresa Neuquina de Servicios de Ingeniería S.E. (ENSI);

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