摘要：主要介绍了某工厂的一套装置由PLC-5改造为TRICONEX过程中面临的问题、解决方案以及效果。

 

    1  概述

    当代的石油化工企业中对于工艺生产的控制主要通过若干整套的联锁控制系统实现，如分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制（PLC）、安全仪表系统（SIS）等，通过一系列的程序设定可以实现对于工艺过程进行精确的自动控制，所以联锁控制系统已经逐渐成为工业生产中必不可少的重要仪表设备之一。

 

    2  原系统运行状况及存在问题

    PLC5系统在该，除了基本的过程逻辑控制，还包括循环的顺序控制，以及紧急停车联锁控制，几乎覆盖了生产过程。目前的PLC5系统主要存在以下问题：PLC5系统自投运以来，由于投用时间过久，电子元件逐渐老化，设备普遍进入稳定性降低、故障频发的阶段。系统自身出现过通讯问题、主副CPU切换问题、CPU死机等问题，系统达不到SIL3等级，影响装置设备安全稳定运行。该装置曾在因机架与处理瞬间通讯中断而导致该物理机架上所有I/O板卡输出同时丢失，造成全装置非计划停车，影响上下游装置正常生产，间接经济损失数十万元。

 

    PLC5系统I/O卡不具备热插拔功能，不允许冗余配置，出现硬件故障时维修困难，故障卡件无法及时更换维修，使装置运行存在隐患。

 

    PLC5系统没有第一事故记录功能，当数个设备因故障停运时，难以及时准确判断出首发事件，延长了维修时间，导致装置运行周期缩短、装置的经济效益受到影响。

 

    PLC5系统部件已经停产，备件卡件已经无法采购，如卡件出现故障，将面临无备件可换的情况，严重影响装置的安全运行。

 

    3  改造的主要内容及目标

    原PLC5系统没有上位操作站，改造除了延续原来基本的联锁功能以外，还增加了上位操作站用于工艺人员监控及维修旁路需求，该系统包括下位编程软件Tristation 1131、SOE记录软件、系统诊断软件，并配套Wonderware公司的上位操作软件Intouch等各类功能更先进的软件。

 

    3.1  TRICON系统简介

    TRICON系统是由美国TRICONEX 公司研发生产。TRICON控制系统应用非常广泛，尤其在石油化工行业应用较多，能够综合实现ESD（紧急停车系统），SOE（事件顺序记录）功能，数据通讯至DCS指示以及数据的记录、控制及诊断功能，I/O卡件均可以支持在线热插拔功能，方便维护，系统具备双电源供电功能，两路供电模块均可以单好维持系统运行。与DCS相比，具有响应速度快，运行稳定等特点；与ESD比较，具有三重化，冗余容错控制系统，扫描事件为毫秒级。此外，系统还可通过不同的账户管理不同级别的功能，实现分专业按需求进行管理和操作。

 

    TRICON系统不仅CPU具有三重化表决功能，各种类型的IO卡也具备该功能，从而提高整个系统的可靠性，保证系统的长周期无故障运行。

 

    3.2  改造内容及技术路线

    在消除隐患的过程中，除了SOE软件和系统诊断软件等新增功能以外，保留原功能的同时可以考虑一些改进策略。

 

    系统合并：相对于Triconex，PLC5的负载能力较低，Triconex的SIS系统能承载的IO点数更多，所以可以将PLC5的两套或更多的系统合并至一套SIS系统，节约系统资源和物理空间。此外对于原先存着的系统间的信号在合并后也可以直接内部调用，间接减少了部分IO点所需的硬件。 

 

    设置SIS操作站：在传统工艺生产管理中，不允许人为干预紧急停车系统的自动联锁逻辑，因此保护功能的PLC一般都没有设置操作站。随着仪表可靠性的下降，仪表故障产生的误动作会造成装置运行不稳定，在线维修仪表的需求越来越常见，旁路的需求也相应增加。 

 

    程序迁移：PLC5使用的是梯形图，Triconex默认使用的是可读性更好的功能块，部分涉及计算的功能需要使用语句编辑功能块，简单逻辑可以直接通过逻辑图格式的程序转换。在本次改造中，改造以前就完成了程序转换，以便将时间更多的留给调试，缩短工期。通过核对原程序与逻辑图纸，首先确认逻辑图的准确性，这样在逻辑图到逻辑图格式的程序的转换就会更容易。

 

    机柜替换：需要替换的机柜可能在数个机柜之间，拆除时需注意保护其他机柜的固定，防止应力造成底座固定件的损坏以及机柜偏移带来的电缆和硬件的损坏。安装时需注意新机柜入位时对相接触的其他机柜的保护，防止其移位、倾倒，避免柜门无法打开等问题；

 

    电缆连接：除保留现场进入SIS机柜信号电缆等，还要保留原PLC柜内的DCS端子板。因有较多的DCS与PLC之间的DI/DO信号需要交互参与顺控或联锁，原设计直接将DCS的端子板放置在PLC的机柜内，DCS的端子板与DCS机柜内的卡件通过专用集成电缆连接，两种系统之间的端子板直接通过散线连接。此举可以将普通电缆的长度缩减在一个柜内。国家标准也要求安全仪表系统的仪表不应同时用于DCS[1]。

 

    温度信号的连接：原PLC5设置有温度卡，此类卡件成本较高，现在普遍选用类似安全栅形式的二次温度转换成标准4~20mA信号引入普通AI卡，由于温度较温度卡成本更低，此举可以减少储备的系统卡件类型，降低整体系统维护成本。

 

    辅助操作台：非紧急类的旁路开关以及各类型报警灯，用intouch软件设计软灯屏，通过操作站显示来指示报警状态。此举可以取消原PLC柜内的硬旁路开关和辅操台报警灯，大幅减少DI和DO的数量。改在操作站上以上位按钮及画面形式实现。保留辅操台蜂鸣的报警功能。

 

    现场设备的供电：这一问题主要是针对电磁阀，该装置电磁阀大多是220VAC，电磁阀电源与系统卡件共用同一路外部电源。当前主流设计要求给现场设备的供电必须与系统设备的供电分开使用不同的电源[2]，避免现场单一设备受到强电干扰时，对系统设备造成影响，进而影响现场其他设备。所以在改造前，应将进入端子柜的220VAC电源分配成两路，通过空开进行分配。

 

    4  改造效果

    改造后的SIS系统完整保留了原PLC的功能。增加了上位操作站，方便操作人员查看逻辑，检查逻辑状态，确认开停车原因，及时旁路故障仪表，保证工艺安全生产。仪表工程师可通过逻辑图格式编程，效果比梯形图更直观、便捷；通过SOE功能可以更加清晰的查看事故状态及顺序。高级诊断软件可以更直观的看到系统运行状态及故障信息。

 

    从维护角度来看，新系统的生命周期相对较早，还没有进入成熟期，相对于几乎停产的设备可靠性更高。取消硬旁路、旁路指示灯、辅操台报警灯以及系统合并，大量减少了DI和DO的数量，这样不仅能减少故障点，还能减少数字量卡件的用量和备件数量，从而减少系统维护成本。仅取消硬旁路开关一项，节省的DI卡价值近40万元。