CN114384879B - 一种基于dcs系统工艺设备运行工况一键切换方法 - Google Patents

一种基于dcs系统工艺设备运行工况一键切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于DCS控制技术领域，具体涉及一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，包括：步骤1、预先设置工艺设备运行工况；步骤2、工艺设备正常运行工况控制逻辑组态；步骤3、工艺设备非正常运行工况控制逻辑组态；步骤4、控制逻辑组态下载及与计算机画面关联；步骤5、工艺设备运行工况一键切换实施。本发明能够有效提高工作效率，提高控制逻辑的安全性、准确性，保证工艺系统的安全稳定运行。

Description

一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法
技术领域
本发明属于DCS控制技术领域，具体涉及一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法。
背景技术
在工业应用中，集散型控制系统(又称分布式控制系统，简称DCS系统)被广泛应用在电力、冶金、石化等行业。它是基于计算机技术(Computer)、控制技术(Control)、通讯技术(Communication)和图形显示技术(CRT)的4C技术，具有控制功能强、操作简便，和可靠性高等特点。它一般由过程控制级、过程管理级和生产管理级等组成，各级是相互独立又相互联系，每一级又可以分解为若干子集。从功能分散看，纵向分散意味着不同级的设备又有类似的功能，其原则既集中又分散。
DCS系统的过程管理级一般由工程师站、操作站和管理计算机组成，工程师站是用来组态和维护，操作站用于监视和操作，管理计算机用于全系统的信息管理等；
DCS系统的生产管理级主要功能为厂级生产过程的监视和管理，厂级故障诊断和分析以及厂级性能指标计算等；
DCS系统的过程控制级，为底层控制级子系统，与现场级设备接口的控制层，完成所有信号采集、逻辑运算功能、信号输出、信息交换、现场设备状态诊断，以及系统自诊断功能等。DCS系统的过程控制级可为硬件部分、软件部分，它的硬件主要由通讯模件、CPU模件、电源模件、采集/输出/驱动模件等组成。它的软件主要指控制逻辑，其逻辑运算一般是由逻辑组态工程师利用DCS系统提供的各种基本功能模块，在过程管理级的工程师站中进行逻辑组态配置，然后通过下载的操作将控制逻辑传输到过程控制级的CPU模件中。
DCS系统实现了对分布在工厂现场的工艺设备集中监视、控制与管理，大幅度提高了工业自动化控制水平。然而，在工业实际应用中，很多工艺设备设计有不同的运行工况，工作人员需根据工艺系统的运行要求对工艺设备的运行工况进行切换，但DCS系统却无法实现对工艺设备运行工况一键切换。
通常在对工艺设备运行工况切换之前，需仪控人员在DCS系统工程师站中对工艺设备的不同运行工况手动修改控制逻辑，比如对工艺设备一些自动或保护信号实施解锁或闭锁，或者修改一些控制逻辑参数，在工艺设备的控制逻辑修改完成后，工作人员才可以对工艺设备运行工况进行切换。通过手动对工艺设备控制逻辑进行修改，增大了工作的人因风险，存在操作失误的风险，而且工作效率低。
以某核电站为例，该电站采用DCS系统对全厂的工艺设备进行控制和管理，比如：电动泵、电动阀、风机等。电站运行操纵员经常需根据工艺系统的运行要求对工艺设备的运行工况进行切换。比如某工艺设备在检修完成后，操纵员需要在不同的工况下对工艺设备进行试转，比如工艺设备某运行工况下的启停，以验证工艺设备的检修质量。通常工艺设备的DCS系统控制逻辑是其在正常运行工况下进行逻辑组态的，以保护工艺设备的正常运行，在其他工况下，工艺设备的很多DCS系统控制逻辑信号是无法满足启动或停止操条件的，这时需仪控人员对工艺设备控制逻辑进行修改，比如对控制逻辑中的一些自动或保护信号实施解锁或闭锁，或者修改一些控制逻辑参数，以满足工艺设备的启停操作。以该电站的主泵电机为例，主泵电机的运行工况主要分为：试验位电机试转工况、工作位电机试转工况、电机正常运行工况，在主泵电机完成检修后，三种运行工况均需要进行试转，因此针对主泵电机的每一种运行工况切换前，仪控人员均需对其控制逻辑的相关信号进行手动修改，然后通过在线或离线的方式将修改后的控制逻辑下载到工程师站中。在手动修改逻辑过程工作中，会占用大量的设备检修或试转时间，同时存在人因失误的风险，比如仪控人员将逻辑修改错误，导致工艺设备的误动作。此外实施大量的逻辑修改，会加大DCS系统CPU的工作负荷，导致CPU故障，这也给机组的安全稳定运行造成隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，能够有效提高工作效率，提高控制逻辑的安全性、准确性，保证工艺系统的安全稳定运行。
实现本发明目的的技术方案：
一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、预先设置工艺设备运行工况；
步骤2、工艺设备正常运行工况控制逻辑组态；
步骤3、工艺设备非正常运行工况控制逻辑组态；
步骤4、控制逻辑组态下载及与计算机画面关联；
步骤5、工艺设备运行工况一键切换实施。
所述步骤2具体为：根据工艺设备在正常运行工况下的控制要求，在DCS系统过程管理级工程师站进行控制逻辑组态。
所述步骤3包括：
步骤(3.1)、切换控制逻辑块设置；
步骤(3.2)、控制逻辑块参数匹配；
步骤(3.3)、控制逻辑开关量信号匹配；
步骤(3.4)、控制逻辑模拟量信号匹配；
步骤(3.5)、控制逻辑整体切换。
所述步骤(3.1)具体为：根据步骤1在计算机画面中预先设置工况的要求，在工艺设备正常运行工况控制逻辑组态中匹配切换控制逻辑块，并设置切换控制逻辑块相关参数。
所述步骤(3.2)具体为：根据工艺设备在各工况下控制逻辑块参数不同要求，增加不同参数的逻辑块，同时增加开关量选择逻辑模块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同参数控制逻辑块匹配。
所述步骤(3.3)包括：
步骤(3.3.1)、开关量信号置“0”匹配；
步骤(3.3.2)、开关量信号置“1”匹配。
所述步骤(3.3.1)具体为：针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“0”的信号情况，增加“与”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“0”。
所述步骤(3.3.2)具体为：针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“1”的信号情况，增加“或”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“1”。
所述步骤(3.4)具体为：针对工艺设备在各工况下对控制逻辑模拟量信号修改要求，增加模拟量输出信号，同时增加模拟量选择逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同模拟量信号匹配。
所述步骤(3.5)具体为：针对工艺设备在步骤(3.2)、步骤(3.3)、步骤(3.4)无法完成控制逻辑匹配的情况，将该工艺设备的各运行工况分别独立进行逻辑组态，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同控制逻辑整体切换。
所述步骤4具体为：完成步骤1、步骤2、步骤3后，将工艺设备的控制逻辑组态下载到DCS系统过程控制级的CPU中，并与DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面关联。
所述步骤5具体为：完成步骤1、步骤2、步骤3、步骤4后，运行操纵员通过DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面，一键选择工艺设备的某运行工况，经工作人员现场确认工艺设备实际工作状态后，完成工艺设备该运行工况切换工作。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法通过对工艺设备各运行工况的控制逻辑组态匹配，运行操纵员通过计算机画面即可完成工艺设备在各工况下的一键切换，有效提高了DCS系统的自动化水平；
2、本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法有效减少了仪控人员通过手动修改控制逻辑的工作次数，提高了防人因失误的水平；
3、本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法仅需在软件逻辑中做少量的修改，不涉及到硬件成本增加，可推广性强；
4、采用本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，工艺设备需要在各种工况下运行时，运行操纵员可以自行在计算机画面上实现，减少了仪控人员手动修改控制逻辑的环节，有效提高了工作效率；
5、本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法减少了将手动修改控制逻辑下载到CPU次数，有效降低了CPU的运行负荷，增强了DCS系统的稳定性。
附图说明
图1为典型的DCS系统结构图；
图2为计算机画面中预先设置工艺设备运行工况示意图；
图3为工艺设备切换控制逻辑块设置方法示意图；
图4为工艺设备控制逻辑块参数匹配方法示意图；
图5为工艺设备控制逻辑开关量信号置“0”匹配方法示意图；
图6为工艺设备控制逻辑开关量信号置“1”匹配方法示意图；
图7为工艺设备控制逻辑模拟量信号匹配方法示意图；
图8为工艺设备控制逻辑整体切换示意图；
图9为工艺设备控制逻辑组态下载及与计算机画面关联示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
典型的DCS系统结构如图1所示。
本发明提供的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，包括以下步骤：
步骤1、预先设置工艺设备运行工况；
根据工艺设备的不同运行工况需求，同时针对该工况下需要实施控制逻辑修改的要求，在DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面中将各工况预先设置。
步骤2、工艺设备正常运行工况控制逻辑组态；
根据工艺设备在正常运行工况下的控制要求，在DCS系统过程管理级工程师站进行控制逻辑组态。
步骤3、工艺设备非正常运行工况控制逻辑组态；其中步骤3包括：
步骤(3.1)、切换控制逻辑块设置；
根据步骤1在计算机画面中预先设置工况的要求，在工艺设备正常运行工况控制逻辑组态中匹配切换控制逻辑块，并设置切换控制逻辑块相关参数；
步骤(3.2)、控制逻辑块参数匹配；
根据工艺设备在各工况下控制逻辑块参数不同要求，增加不同参数的逻辑块，同时增加开关量选择逻辑模块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同参数控制逻辑块匹配；
步骤(3.3)、控制逻辑开关量信号匹配；其中步骤(3.3)包括：
步骤(3.3.1)、开关量信号置“0”匹配；
针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“0”的信号情况，增加“与”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“0”；
步骤(3.3.2)、开关量信号置“1”匹配；
针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“1”的信号情况，增加“或”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“1”；
步骤(3.4)、控制逻辑模拟量信号匹配；
针对工艺设备在各工况下对控制逻辑模拟量信号修改要求，增加模拟量输出信号，同时增加模拟量选择逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同模拟量信号匹配；
步骤(3.5)、控制逻辑整体切换；
针对工艺设备在步骤(3.2)、步骤(3.3)、步骤(3.4)无法完成控制逻辑匹配的情况，将该工艺设备的各运行工况分别独立进行逻辑组态，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同控制逻辑整体切换；
步骤4、控制逻辑组态下载及与计算机画面关联；
完成步骤1、步骤2、步骤3后，将工艺设备的控制逻辑组态下载到DCS系统过程控制级的CPU中，并与DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面关联。
步骤5、工艺设备运行工况一键切换实施；
完成步骤1、步骤2、步骤3、步骤4后，运行操纵员通过DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面，一键选择工艺设备的某运行工况，经工作人员现场确认工艺设备实际工作状态后，完成工艺设备该运行工况切换工作。
实施例
本实例以一台主泵电机进行说明，主泵电机的运行工况主要分为：试验位电机试转工况、工作位电机试转工况、电机正常运行工况；
步骤1、预先设置主泵电机运行工况；
根据主泵电机的三种运行工况，同时三种工况下均需要实施控制逻辑修改，在DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面中预先设置，如图2所示。其中运行工况选择1、2、3分别对应试验位电机试转工况、工作位电机试转工况、电机正常运行工况；
步骤2、主泵电机正常运行工况控制逻辑组态；
根据主泵电机在正常运行工况下的控制要求，在DCS系统过程管理级工程师站中对主泵电机进行控制逻辑组态。
步骤3、主泵电机非正常运行工况控制逻辑组态；其中步骤3包括：
步骤(3.1)、切换控制逻辑块设置；
根据步骤1中主泵电机各运行工况在计算机画面中预先设置工况情况(见图2)，在主泵电机正常运行工况控制逻辑组态中匹配切换控制逻辑块，并设置切换控制逻辑块相关参数，如图3所示。
步骤(3.2)、控制逻辑块参数匹配；
根据主泵电机在各工况下控制逻辑块参数不同要求，增加不同参数的逻辑块，同时增加开关量选择逻辑模块，与图3进行逻辑运算，完成各工况下不同参数控制逻辑块匹配，如图4所示。
步骤(3.3)、控制逻辑开关量信号匹配；其中步骤(3.3)包括：
步骤(3.3.1)、开关量信号置“0”匹配；
针对主泵电机在各工况下控制逻辑需置“0”的信号，增加“与”逻辑块，与图3进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“0”，如图5所示。
步骤(3.3.2)、开关量信号置“1”匹配；
针对主泵电机在各工况下控制逻辑需置“1”的信号，增加“或”逻辑块，与图3进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“1”，如图6所示。
步骤(3.4)、控制逻辑模拟量信号匹配；
针对主泵电机在各工况下控制逻辑模拟量信号修改，增加不同模拟量输出信号，同时增加模拟量选择逻辑模块，与图3进行逻辑运算，完成各工况下不同模拟量信号匹配，如图7所示。
步骤(3.5)、控制逻辑整体切换；
若在步骤(3.2)、步骤(3.3)、步骤(3.4)无法完成主泵电机控制逻辑匹配，将主泵电机的各运行工况分别独立进行逻辑组态，同时增加开关量选择模块，与图3进行逻辑运算，完成主泵电机各工况下不同控制逻辑整体切换，如图8所示。
步骤4、控制逻辑组态下载及与计算机画面关联；
完成步骤1、步骤2、步骤3后，将主泵电机的控制逻辑组态下载到DCS系统过程控制级的CPU中，并与DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面关联，如图9所示。
步骤5、运行工况一键切换实施；
完成步骤1、步骤2、步骤3、步骤4后，运行操纵员通过DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面，选择主泵电机的各种运行工况，经工作人员现场确认主泵电机的实际工作状态后，完成主泵电机运行工况一键切换的工作。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、预先设置工艺设备运行工况；
步骤2、工艺设备正常运行工况控制逻辑组态；
步骤3、工艺设备非正常运行工况控制逻辑组态；
步骤4、控制逻辑组态下载及与计算机画面关联；
步骤5、工艺设备运行工况一键切换实施；
所述步骤2具体为：根据工艺设备在正常运行工况下的控制要求，在DCS系统过程管理级工程师站进行控制逻辑组态；
所述步骤3包括：
步骤3.1、切换控制逻辑块设置；
步骤3.2、控制逻辑块参数匹配；
步骤3.3、控制逻辑开关量信号匹配；
步骤3.4、控制逻辑模拟量信号匹配；
步骤3.5、控制逻辑整体切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.1具体为：根据步骤1在计算机画面中预先设置工况的要求，在工艺设备正常运行工况控制逻辑组态中匹配切换控制逻辑块，并设置切换控制逻辑块相关参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.2具体为：根据工艺设备在各工况下控制逻辑块参数不同要求，增加不同参数的逻辑块，同时增加开关量选择逻辑模块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同参数控制逻辑块匹配。
4.根据权利要求3所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.3包括：
步骤3.3.1、开关量信号置“0”匹配；
步骤3.3.2、开关量信号置“1”匹配。
5.根据权利要求4所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.3.1具体为：针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“0”的信号情况，增加“与”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“0”。
6.根据权利要求5所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.3.2具体为：针对工艺设备在各工况下控制逻辑需置“1”的信号情况，增加“或”逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下开关量信号置“1”。
7.根据权利要求6所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.4具体为：针对工艺设备在各工况下对控制逻辑模拟量信号修改要求，增加模拟量输出信号，同时增加模拟量选择逻辑块，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同模拟量信号匹配。
8.根据权利要求7所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤3.5具体为：针对工艺设备在步骤3.2、步骤3.3、步骤3.4无法完成控制逻辑匹配的情况，将该工艺设备的各运行工况分别独立进行逻辑组态，与切换控制逻辑相关信号进行逻辑运算，完成各工况下不同控制逻辑整体切换。
9.根据权利要求8所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤4具体为：完成步骤1、步骤2、步骤3后，将工艺设备的控制逻辑组态下载到DCS系统过程控制级的CPU中，并与DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面关联。
10.根据权利要求9所述的一种基于DCS系统工艺设备运行工况一键切换方法，其特征在于，所述步骤5具体为：完成步骤1、步骤2、步骤3、步骤4后，运行操纵员通过DCS系统过程管理级操作站中的计算机画面，一键选择工艺设备的某运行工况，经工作人员现场确认工艺设备实际工作状态后，完成工艺设备该运行工况切换工作。
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