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編者按：

擁有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的DCS經(jīng)過20余年的發(fā)展，在硬件產(chǎn)品與軟件上均有長足的進步，在自動化控制應(yīng)用的各行業(yè)，如石油、化工、電力、冶金、食品制藥、建材等均已逐步替代進口產(chǎn)品。基于自主核心產(chǎn)品，和利時可以為石化行業(yè)提供DCS+SIS+ITCC為核心的一體化過程控制和過程安全保護系統(tǒng)，向下集成公司的安全柵和儀表，向上集成公司的Batch、APC、SCADA、MES、AMS和OTS產(chǎn)品，并可與工業(yè)云平臺連接，形成橫向和縱向的全廠一體化解決方案，推動工廠的自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化。

本文詳細(xì)介紹了和利時所負(fù)責(zé)的海南60萬噸/年對二甲苯（PX）項目，該項目填補了和利時PX項目的業(yè)績空白，標(biāo)志著其已經(jīng)實質(zhì)性地進入了中石化大型化工聯(lián)合裝置項目，為和利時在石化領(lǐng)域長遠持續(xù)的發(fā)展提供了重要的業(yè)績支撐，為其進入化工大型乙烯裝置奠定了基礎(chǔ)，同時也為與中石化長遠和深入的業(yè)務(wù)合作提供了廣闊的空間和前景。相信不遠的將來，國產(chǎn)DCS一定能夠走向國際化。

1　項目背景

對二甲苯（PX）主要用于制造對苯二甲酸，可用于化工及制藥工業(yè)等，也是用于生產(chǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的重要中間體。PET纖維又稱聚酯纖維或滌綸纖維，是一種常用的化學(xué)合成纖維。PET樹脂是一種重要的透明塑料原料，用于生產(chǎn)飲料和食用油脂包裝、平板顯示器基材、車用和建筑用太陽膜等。PX（對二甲苯）市場需求正日益增大。中國石化是石油化工行業(yè)中當(dāng)之無愧的領(lǐng)軍企業(yè)，其堅持走自主創(chuàng)新之路，其中PX成套技術(shù)工藝包開發(fā)是中國石化十條龍攻關(guān)項目之一，本項目是中國石化海南煉油化工有限公司（海南煉化）建設(shè)的年產(chǎn)60萬噸/年P(guān)X項目。

2　目標(biāo)與原則

該PX項目工藝采用中石化自有產(chǎn)權(quán)工藝包，工藝控制復(fù)雜。同時具有大型石化項目共有的高溫高壓，易燃易爆的特點。其要求DCS既要有強大的功能，可以完成所有的復(fù)雜工藝控制需要，同時還要有完善的安全機制。和利時MACS V6系統(tǒng)是和利時最新一代DCS系統(tǒng)，設(shè)計過程充分采用了安全系統(tǒng)的設(shè)計理念，吸取國際工業(yè)電子技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的最新成果，嚴(yán)格遵循國際先進的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用全冗余、多重隔離、熱分析、容錯等可靠性設(shè)計技術(shù)，從而保證系統(tǒng)在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中能安穩(wěn)長滿優(yōu)地運行。

3　項目構(gòu)成

海南煉化60萬噸/年對二甲苯項目包括PX聯(lián)合裝置和系統(tǒng)配套設(shè)施，由LPEC和SEI共同承擔(dān)工程設(shè)計，其中PX莊子包括：芳烴抽提、歧化及烷基化轉(zhuǎn)移、異構(gòu)化、吸附分離、二甲苯精餾、聯(lián)合裝置公用工程等。

海南煉化60萬噸/年P(guān)X項目，是完全采用中國石化自主知識產(chǎn)權(quán)建設(shè)的國內(nèi)首套大型工業(yè)化芳烴裝置。包括PX聯(lián)合裝置和系統(tǒng)配套設(shè)施兩部分，PX聯(lián)合裝置包括：60萬噸/年芳烴抽提裝置、90萬噸/年歧化及烷基轉(zhuǎn)移裝置、266萬噸/年異構(gòu)化裝置、327萬噸/年吸附分離裝置、385萬噸/年二甲苯精餾裝置、聯(lián)合裝置公用工程，共6個裝置單元；系統(tǒng)配套設(shè)施包括：原料罐區(qū)、產(chǎn)品罐區(qū)、火炬設(shè)施、循環(huán)水場等4個主要單體。

項目新建一個聯(lián)合控制室，兩個現(xiàn)場儀表機柜間，實現(xiàn)了在聯(lián)合控制室對聯(lián)合裝置和配套系統(tǒng)設(shè)施進行生產(chǎn)操作、控制和監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)存儲、現(xiàn)場智能設(shè)備管理，每個現(xiàn)場儀表機柜間設(shè)置工程師站兼操作站，滿足了開、停工階段使用和外操人員日常監(jiān)視。現(xiàn)場儀表機柜間與聯(lián)合控制室、馬達控制中心（MCC）中的遠程I/O與現(xiàn)場儀表機柜間之間采用單模冗余鎧裝光纜連接，DCS系統(tǒng)地域分布如圖1所示。

圖1 DCS系統(tǒng)地域分布

4　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及規(guī)模

4.1　網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)生產(chǎn)單元之間獨立監(jiān)視且能調(diào)用其它生產(chǎn)單元部分監(jiān)視點，當(dāng)某生產(chǎn)單元控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不影響其它生產(chǎn)單元，采用區(qū)域化和集中化并存設(shè)計方案，即（1#域：調(diào)度系統(tǒng)；2#域：芳烴抽提裝置和歧化裝置；3#域：吸附分離、異構(gòu)化、二甲苯精餾裝置；4#域：原料罐區(qū)、產(chǎn)品罐區(qū)、循環(huán)水場、火炬）共分為4個區(qū)域，每個域有獨立的現(xiàn)場控制站、配電柜、交換機、工程師站、操作站，完成相對獨立的數(shù)據(jù)采集和控制功能，最后通過三層交換機路由功能，實現(xiàn)區(qū)域之間控制站、操作站能相互訪問，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)豐富（內(nèi)有本區(qū)域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、外有區(qū)域之間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）、網(wǎng)絡(luò)變量豐富、數(shù)據(jù)量豐富的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場主控單元、系統(tǒng)電源、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、和控制回路的I/O模塊均按1:1冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性，所有設(shè)備都具有自診斷功能和無擾動更換技術(shù)。每個域均配置了兩臺工程師站，其中一臺放置于聯(lián)合控制室，另一臺放置于現(xiàn)場儀表機柜間，利用主從工程師站技術(shù)，每臺工程師站均配置防火墻以及利用交換機功能限制大包數(shù)據(jù)、防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。豐富的通訊與來自下屬系統(tǒng)SIS、MCS、DEH、CCS、現(xiàn)場儀表以及與MES完美通訊，完成強大的完整的全廠控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。從而使得系統(tǒng)具有以下特點：

（1）區(qū)域化分布于現(xiàn)場，集中于中央控制室，系統(tǒng)功能完美強大。

（2）區(qū)域之間相互獨立互不影響，方便管理維護。

（3）硬件冗余配置，系統(tǒng)安全性高。

（4）具有極強的防病毒傳播、防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

（5）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)豐富，可分散與集中控制、監(jiān)視、操作。

（6）通訊豐富，支持OPC、Modbus、AMS等。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

MACS V6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置靈活，通過簡單的配置可以把系統(tǒng)定義為對等結(jié)構(gòu)、C/S結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu)。配置為C/S結(jié)構(gòu)的操作員站，通訊依賴于歷史站；配置為獨立操作站即為P-P結(jié)構(gòu)，不依賴歷史站，可以單獨完成系統(tǒng)各種功能。C/S結(jié)構(gòu)與P-P結(jié)構(gòu)在一個系統(tǒng)中可以同時配置，既能規(guī)避兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弊端，又能充分發(fā)揮兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢，提供通訊效率的同時，大大降低網(wǎng)絡(luò)流量。

網(wǎng)絡(luò)安全方面，根據(jù)不同的域，MACS V6系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)劃分為四個獨立網(wǎng)段的VLAN，然后通過三層網(wǎng)絡(luò)交換機的路由功能，實現(xiàn)各域間的通訊共享，網(wǎng)絡(luò)交換機采用1:1冗余設(shè)置。MACS V6系統(tǒng)主控單元本身具備網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴診別與防范機制，并且每個交換機端口均進行了網(wǎng)絡(luò)的流量限制，避免了發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的可能，在FAT階段進行的防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴測試，驗證系統(tǒng)不會因為網(wǎng)線錯插，或者某一臺機器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴而對其他機器及主控產(chǎn)生影響。每臺工程師站和OPC通訊站均通過硬件防火墻連接到交換機，硬件防火墻采用白名單模式，只允許列入白名單的系統(tǒng)標(biāo)志數(shù)據(jù)傳輸，有效地抑制了病毒的傳播。

GPS時鐘同步：MACS V6系統(tǒng)設(shè)置一個GPS時鐘同步服務(wù)器，所有操作員站、控制站的時鐘通過GPS服務(wù)器進行周期自動校時，實現(xiàn)了DCS、SIS、CCS、MCS等系統(tǒng)的時鐘同步。

4.2　項目系統(tǒng)規(guī)模及I/O配置

海南煉化60萬噸/年P(guān)X項目是目前國內(nèi)PX行業(yè)規(guī)模較大的聯(lián)合裝置，項目設(shè)計點數(shù)為5000余點，實際配置點數(shù)為6000余點。MACS V6系統(tǒng)的I/O卡件全部采用隔離式，用于控制的AI/AO、四線制AI、現(xiàn)場接地的AI卡件采用通道隔離式。每個AI、AO卡件及主控本身均帶有智能HART芯片。所有I/O卡件插槽預(yù)留20%槽位，預(yù)留20%已接好線的I/O卡件作為備用。

5　控制方案

該項目用到了很多控制方案, 如：單回路控制、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制、三沖量控制，還有泵的自啟動、停止邏輯控制，泵罐隔離聯(lián)鎖邏輯、精密過濾器順控、壓縮機系統(tǒng)的負(fù)荷控制、機組聯(lián)鎖邏輯等。常見的單回路控制、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制等本文就不再贅述。

5.1　三沖量控制

三沖量即有三個變量信號，蒸汽流量FI75031、汽包液位LI75031、給水流量FI75032，如圖3所示。

圖3 汽包三沖量控制

當(dāng)蒸汽負(fù)荷的變化引起液位大幅度波動時，蒸汽流量信號的引入起著超前的作用，它可以在液位還未出現(xiàn)波動時提前使調(diào)節(jié)閥動作，從而減少因蒸汽負(fù)荷量的變化而引起的液位波動，改善控制品質(zhì)。蒸汽流量前饋信號能克服因虛假水位引起的控制器誤動作，改善負(fù)荷擾動下的控制質(zhì)量；給水流量反饋信號能迅速消除給水流量的擾動，穩(wěn)定給水量；水位主信號能消除各種內(nèi)、外擾動對水位的影響，保證水位維持在允許的范圍內(nèi)。

在汽包水位控制中，三沖量水位控制系統(tǒng)實質(zhì)上是前饋—串級控制系統(tǒng)。

5.2　精密過濾器順控

精密過濾器的運行和反洗各步驟可通過三種模式運行：“手動模式”、“半自動模式”、“自動模式”。三種模式可以靈活切換。項目上使用兩臺精密過濾器，其中一臺過濾器運行結(jié)束后，另一臺精密過濾器可實現(xiàn)自動切換運行，保證了過濾運行連續(xù)性的同時，精密過濾器的過濾效率。

6　與其它系統(tǒng)的連接

為了在DCS操作站可對其它系統(tǒng)進行監(jiān)視，MACS V6系統(tǒng)與安全儀表系統(tǒng)（SIS）、機組控制系統(tǒng)（CCS）、模擬移動床控制系統(tǒng)（MCS）、分析儀表控制系統(tǒng)（PAS）、PLC、雷達液位計、伺服液位計等采用Modbus-RTU通訊，Modbus-RTU通訊實施簡單方便 ，而且石化行業(yè)使用的儀表很多都支持Modbus-RTU通訊。與MES、罐區(qū)自動化管理系統(tǒng)（TIS）之間采用OPC通訊，通訊接口、數(shù)據(jù)流量如表1所示。

表1 通訊接口、數(shù)據(jù)流量表

7　設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)主要是對現(xiàn)場儀表進行管理，主要是變送器和閥門定位器，通過智能儀表HART通訊協(xié)議傳輸信息，進行綜合維護管理。

自動為檢測和控制儀表建立應(yīng)用及維護檔案，實現(xiàn)預(yù)測維護管理，以保證儀表的可靠運行、減少維護工作量、提高設(shè)備的管理效率。

機組及特殊工藝設(shè)備的儀表和控制系統(tǒng)，由機組及特殊工藝設(shè)備配套，并與DCS通訊。

HOLLiAS 設(shè)備管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖4所示。

圖4 設(shè)備管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

8　結(jié)語

海南煉化PX項目各項指標(biāo)大幅領(lǐng)先行業(yè)指標(biāo)，一舉打破了國外PX成套技術(shù)的壟斷，形成了具有中國石化技術(shù)特色的PX成套技術(shù)。各項指標(biāo)要求極為嚴(yán)格，開車各項指標(biāo)系統(tǒng)均滿足要求，經(jīng)過項目開車檢驗，和利時MACS V6系統(tǒng)用實力證明了應(yīng)用在大型PX項目上是成功的。

和利時MACS V6系統(tǒng)自投運以來，設(shè)備運行穩(wěn)定，安全可靠，可完全滿足各生產(chǎn)裝置的需要，在產(chǎn)品質(zhì)量、工程能力和服務(wù)質(zhì)量上深受客戶信賴。

摘自《自動化博覽》2017年2月刊