1．前言

    石油化工行業是國民經濟的支柱產業，隨著石油加工技術的飛速發展，千萬噸級的煉油企業如雨后春筍般崛起。生產規模的迅速擴張對企業的自動控制水平和方式提出了更高的要求，集散控制系統(DCS)作為生產過程自動化的核心控制部分也得到了廣泛的應用。

    TPS(Total Plant Solution)系統是Honeywell公司開發的全廠一體化的過程控制系統，它集先進過程控制﹑優化﹑全廠歷史數據和信息管理功能于一體，使這些功能成為自動化系統的有機組成部分，從而形成了功能強大﹑配置靈活﹑結構開放的自動控制系統。TPS系統被廣泛應用在石油化工行業的關鍵裝置中，如催化裂化、連續重整、石腦油裂解等，取得了良好的成效。

    2．控制方案組態

    控制方案組態的過程實際上就是把控制方案轉變成控制系統能夠識別和執行的命令的過程。對于如單回路控制、串級控制、選擇控制、比值控制、分程控制等單一、常規的控制方案，TPS系統提供了現成的控制策略，我們要做的工作是根據控制方案的需要選擇正確的數據點類型，通過填表的方式把數據點內的參數進行連接，并最終實現過程監控的目的。
有些控制方案由兩種或兩種以上的控制算法組成，無法直接利用系統提供的控制策略，實現起來相對比較復雜，我們可以利用TPS系統的控制策略和數據點進行組合，用類似“搭積木”的方法構建我們需要的控制策略。

    而針對特定工藝或操作方式而設計的復雜控制方案，TPS系統還提供了編程工具－CL語言，利用CL語言可以完成滿足特殊要求的控制組態。

    以下分別討論TPS系統組態的幾種方法。

    2.1選擇控制的組態

    圖1是某煉油企業烷基化裝置的部分控制流程圖，工藝操作原則是：酸再生塔進料氣化器E-2出口設溫度調節回路TRCA702，通過調節1.0MPa加熱蒸汽來保證再生氫氟酸的需要，但E-2在氫氟酸的作用下，當管束溫度過高時腐蝕將

               

                                  圖1 低選回路操作流程圖

    大大加快，因此又設加熱蒸汽壓力調節回路PIC632，將蒸汽壓力控制在0.7MPa，即兩個參數控制一個調節閥，反而言之，該調節閥的開度將同時影響兩個參數，經過研究工藝條件，決定使用選擇控制系統來實現控制目的。
選擇控制系統可以在被控變量(輸入)和控制器之間放置選擇器，也可以在控制器和操縱變量(輸出)之間放置選擇器，而選擇器的邏輯又可以分為高選和低選。對于本控制方案，我們選擇在兩個調節回路的輸出之間引入低選器。其邏輯關系可以表述為：u0=min(ui1,ui2,…)。低選器輸出兩者間較小值，并以該值控制調節閥的開度。

    首先，根據測量點和控制點的需要建立數據點。該回路有兩個輸入信號，分別接收E-2入口蒸汽壓力測量信號和出口混合物溫度測量信號，有一個輸出信號，控制蒸汽入口壓力調節閥，因此需要建立兩個模擬輸入數據點和一個模擬輸出數據點。其組態內容見表1：

               

                                 表1 輸入/輸出數據點組態表

    然后，建立三個調節控制點，分別用于實現壓力控制、溫度控制、選擇輸出等功能。TRCA702和PIC632選擇的算法是PID；TPLS702選擇的算法是超弛選擇(Override Select，縮寫為ORSEL)，并進一步選定詳細算法為EQB，即低選。將TRCA702的調節輸出(TRCA702.OP)目標定義為TPLS702的第一個輸入TPLS702.X1，PIC632的調節輸出(PIC632.OP) 目標定義為TPLS702的第二個輸入TPLS702.X2，而TPLS702的調節輸出(TPLS702.OP)目標定義為TV702.OP，見表2。

               

                            表2 調節控制點組態表

    2.2由選擇性控制和串級控制組成的控制方案的組態

    圖2是某石化企業烷基化裝置丙烷汽提塔液位控制流程圖，其工藝操作規程是：丙烷汽提塔V-4的液位(LRC524)在正常操作時是單參數調節，直接遠程遙控出裝置的丙烷量，另外一路丙烷循環量則進行單回路流量調節(FRC434)，當開工時或丙烷產量過少時，停止丙烷出裝置，而由塔液位與丙烷循環量組成串級調節。

    該控制方案實現的難點在于主回路LRC524的輸出并非簡單地同時輸送到兩個副級回路FRC434和HIC524，而是應該由操作員根據生產情況切換選擇。由于TPS系統中沒有這種手動選擇算法，因此該控制回路不能直接實現。我們考慮

               

                              圖2. 丙烷汽提塔液位控制流程圖

    用邏輯數據點來模擬一個軟開關的作用，用于控制LRC524的輸出是傳遞給FRC434還是HIC524。
第一步，根據測量點和控制點的需要建立數據點。該回路有兩個輸入信號，分別接收V-4的液位和循環丙烷的流量的測量信號，有兩個輸出信號，分別控制循環丙烷的流量調節閥和出裝置的丙烷流量調節閥，因此需要建立兩個模擬輸入數據點和兩個模擬輸出數據點。其組態內容見表3：

               

                             表3 輸入/輸出數據點組態表

    第二步，根據需要建立三個調節控制點，分別用于實現液位控制、流量控制和遙控輸出，這些調節控制點的主要內容見表4。

                

                   表4 調節控制點、邏輯點和旗標量點組態表

    再建立一個邏輯點LES524LOGIC和一個旗標量點LES524，用于實現軟開關的切換功能，邏輯點的結構選擇選項3(12-8-12)，即有12個輸入，8個邏輯塊和12個輸出。本控制方案實現的關鍵在于邏輯點的組態，圖3是邏輯點的功能示意圖，從圖中可以看到，LRC524.OP的輸出允許位由LES524.PVFL控制，由于兩個輸出允許位之間是“非”的關系，從而保證在任一時間LRC524.OP只能傳遞到一個目標。表5則是邏輯點中組態的主要內容。

               

                          圖3. 邏輯點LES524LOGIC功能示意圖

    表5 邏輯點主要組態內容一覽表

               

    2.3由選擇性控制、串級控制和分程控制組成的控制方案的組態

               

                         圖4. 連續重整裝置再接觸系統的控制方案圖

    上圖是某石化企業連續重整裝置再接觸系統的控制方案圖，控制要求是：調節器PIC249控制輸出的一路控制調節閥PV249，另一路與PIC259控制輸出的一路進行低選，選中的輸出控制調節閥PV259；調節器PIC270控制輸出的一路控制調節閥PV270B，另一路與PIC259控制輸出的另一路進行低選，選中的輸出控制調節閥PV270A。根據控制方案圖，可以采用2.2章節中的組合方法進行組態。

    第一步，根據測量點和控制點的需要建立數據點。該回路有三個輸入信號，分別為三個壓力測量信號，有四個輸出信號，分別控制四個調節閥，因此需要建立三個模擬輸入數據點和四個模擬輸出數據點。其組態內容見表6：

    表6 輸入/輸出數據點組態表

               

    第二步，建立三個常規控制點(Reg Ctl)，分別用于實現3個壓力控制回路的調節輸出，這些常規控制點的主要內容見表7。

    表7 常規控制點組態表

               

    第三步，建立六個常規PV點(Reg PV)，分別用于實現3個壓力控制器調節輸出的分程和線性化，這些常規PV點的主要內容見表8。

    表8 常規PV點組態表



    第四步，建立四個常規控制點(Reg Ctl)，其中兩個用于實現低選，另外兩個用于實現手/自動切換。這些常規控制點的主要內容見表9。
表9 常規控制點(低選)組態表

    除了上面的方法外，我們還可以用TPS系統提供的編程工具－CL語言來編寫程序來完成上述功能。
    首先，如上述的第一步和第二步，要建立必須的輸入/輸出點和常規控制點。
    然后，用下列CL程序來代替控制方案圖中虛線部分的功能，
    SEQUENCE LOSELECT
    － BAD PV CHECKING
    ST01 IF PIC249.PV<=-6.9 OR PIC249.PV>=106.9 10
    IF PIC259.PV<=-6.9 OR PIC259.PV>=106.9 20
    IF PIC270.PV<=-6.9 OR PIC270.PV>=106.9 30
    －EQVATIONS Y=2*X-100 FOR PV249
    － Y=2*X1,Y=-2*X2+200 FOR LS1 TO PV259
    － Y=2*X2,Y=2*X3 FOR LS2 TO PV270A
    － Y=-2*X3+200 FOR PV270B
    SET PY259.MODATTR,PY270A.MODATTR,PY270B.MODATTR =PROGRAM
    SET NN91=2*PIC249.OP
    SET NN92=-2*PIC259.OP+200
    SET NN93=2*PIC259.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET PIC259.OP=MINV(NN91,NN92,100)
    SET PIC270A.OP=MINV(NN93,NN94,100)
    SET PIC270B.OP=-2*PIC270.OP+200
    GOTO ST01
    － BAD PV HANDLING
    10 SET PIC249.MD=MAN
    MESG (2) PIC249 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    20 SET PIC259.MD=MAN
    MESG (2) PIC259 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    30 SET PIC270.MD=MAN
    MESG (2) PIC270 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    END

    比較以上兩種組態方法，前者以填表為主，組態方式比較簡單，但使用的數據點較多；后者利用了較少數據點，但要求組態的工作人員具有一定的編程能力和經驗。二者各有所長，各有特點。

    3. 結語

    TPS系統是一套技術成熟的分散控制系統產品，其組態方法可以多種多樣，在實際應用過程中根據控制方案的實際情況考慮采用何種方法進行組態，就能夠獲得令人滿意的控制效果。