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摘   要：簡單介紹了神華包頭煤制烯烴項目中應(yīng)用的霍尼韋爾公司的DCS、SIS、CCTV等主要產(chǎn)生監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各系統(tǒng)間的集成。并介紹了生產(chǎn)調(diào)度指揮中心如何實現(xiàn)全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理及顯示。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；實時數(shù)據(jù)庫

1 引言

神華包頭煤制烯烴項目，于2006年12月獲得國家發(fā)展和改革委員會核準(zhǔn)，總投資165億元，是迄今為止經(jīng)國家核準(zhǔn)的唯一的煤制烯烴項目，也是世界首套煤制烯烴工業(yè)化生產(chǎn)示范基地。項目建設(shè)規(guī)模：180萬噸/年煤制甲醇、60萬噸/年甲醇制烯烴、30萬噸/年聚乙烯、30萬噸/年聚丙烯、4套6萬立方米/小時空分制氧、3套480噸/小時蒸發(fā)量的熱電站以及輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程等。核心技術(shù)采用國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)，其他主要工藝裝置均采用世界先進的煤化工/石油化工技術(shù)，包括GE水煤漿氣化技術(shù)、德國林德公司低溫甲醇洗技術(shù)、英國DAVY公司甲醇合成技術(shù)、美國DOW公司聚丙烯技術(shù)、美國UNIVATION公司聚乙烯技術(shù)等。

2 主自動化控制系統(tǒng)采購原則

為了確保系統(tǒng)的完整性、協(xié)調(diào)性和工程進度，本項目控制系統(tǒng)的采購采用了MAV（Main Automatic Venders）方式。MAV與業(yè)主簽訂框架協(xié)議，在項目執(zhí)行中由EPC與MAV供貨商分別簽署采購合同。最終霍尼韋爾公司中標(biāo)。

MAV的供貨范圍包括DCS、SIS、GDS、工業(yè)CCTV、DLP大屏幕顯示系統(tǒng)以及相關(guān)的安全柵、機柜和就地控制室儀表盤等。


3 各控制子系統(tǒng)簡介

3.1 DCS系統(tǒng)

3.1.1 DCS系統(tǒng)配置原則

本項目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場機柜室（FRR）結(jié)合的配置方式。原則上生產(chǎn)裝置的DCS控制系統(tǒng)的操作站設(shè)置在相應(yīng)的聯(lián)合控制室，控制站設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機柜室，所有現(xiàn)場儀表信號傳到現(xiàn)場機柜室，再從現(xiàn)場機柜室傳到聯(lián)合控制室，從現(xiàn)場機柜室到聯(lián)合控制室的信號采用雙冗余光纜連接。在聯(lián)合控制室進行全部的控制、監(jiān)測、報警及報表等操作。

由于各裝置的建設(shè)進度不一樣。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生產(chǎn)裝置的DCS系統(tǒng)都配置成獨立的、完整的系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的Experion PKS-C300控制器。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)簡圖如下：

3.1.2 單套裝置DCS系統(tǒng)的配置方案

針對具有現(xiàn)場機柜室的裝置，DCS系統(tǒng)均按下列原則進行配置：

1）系統(tǒng)的所有機柜均安裝在現(xiàn)場機柜室，另外在現(xiàn)場機柜室內(nèi)設(shè)有工程師站、開停工用的操作站。

2）通過配置OPC服務(wù)器或串口服務(wù)器，與裝置的其它控制系統(tǒng)（如機組PLC、裝置的先進控制系統(tǒng)等）進行通訊，將數(shù)據(jù)采集進DCS系統(tǒng)后，統(tǒng)一上傳至聯(lián)合控制室，以及全廠生產(chǎn)調(diào)度中心。

3）在聯(lián)合控制室內(nèi)安裝多臺操作站、打印機等，實現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測、報警及報表輸出等操作。

4）為了保證數(shù)據(jù)的傳遞速度，從現(xiàn)場機柜室的CISCO2960交換機引出2路通過光纜連到聯(lián)合控制室，其中1路連接另1臺CISCO2960交換機，用于本裝置操作站、網(wǎng)絡(luò)打印機的連接；另1路連接到CISCO3750交換機，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)進行上傳，供生產(chǎn)中心和總廠調(diào)度指揮中心使用。

3.1.3 聯(lián)合控制室DCS系統(tǒng)的配置方案

聯(lián)合控制室主要實現(xiàn)對各生產(chǎn)裝置的日常監(jiān)控、操作，以及作為生產(chǎn)中心的調(diào)度室，負(fù)責(zé)對所轄裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行集中處理、顯示，用于調(diào)度人員協(xié)調(diào)、指揮生產(chǎn)。因此聯(lián)合控制室DCS系統(tǒng)的配置原則如下：

1）配置1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過DSA組態(tài)，將各裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都集中過來，配置2臺調(diào)度員操作站，連接到這臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負(fù)責(zé)對中心的所有裝置進行監(jiān)視。

2）配置1對CISCO3750交換機，用于連接各裝置的DCS系統(tǒng)，同時與全廠的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心進行連接，負(fù)責(zé)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳。

聯(lián)合控制室及某2套裝置DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖 (B裝置簡略) 如下



3.2 SIS系統(tǒng)配置方案

1）SIS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。HSMS采用SM-2004D配置：冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN19250標(biāo)準(zhǔn)，SM-2004D配置符合TUV AK6級及IEC 61508 SIL3級標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證。
這種兩套完全平行運行、完全冗余的系統(tǒng)能對單系統(tǒng)容錯。



2）每套生產(chǎn)裝置的SIS系統(tǒng)都配置成獨立的、完整的系統(tǒng)。而且對于有多個系列的裝置（如氣化裝置有7臺氣化爐），要求每個系列配獨立的控制器。

3）由于本項目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場機柜室（FRR）結(jié)合的配置方式，正常生產(chǎn)時操作員都在聯(lián)合控制室，因此生產(chǎn)裝置SIS系統(tǒng)的輔助操作臺設(shè)置在相應(yīng)的聯(lián)合控制室，而SIS系統(tǒng)控制器設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機柜室。

4）對于離聯(lián)合控制室較遠(yuǎn)的裝置，從輔操臺到SIS系統(tǒng)的控制器無法用硬接線實現(xiàn)信號的可靠傳送，因此在聯(lián)合控制室設(shè)置了1臺SIS遠(yuǎn)程控制器，輔操臺上的信號先通過硬線接到SIS遠(yuǎn)程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠(yuǎn)程控制器與裝置SIS系統(tǒng)控制器間通過TUV認(rèn)證的冗余安全網(wǎng)來傳送信號。



5）SIS系統(tǒng)通過冗余的通訊卡，通過FTE網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)無縫集成。SIS系統(tǒng)的操作接口采用DCS系統(tǒng)的操作站，并在操作站上安裝SOE軟件（包含在DCS的基本數(shù)據(jù)庫軟件中）。

6） SIS系統(tǒng)的HART信號經(jīng)過FTA時被分離出來，經(jīng)過HART信號分離器MTL4842進入MTL4841模塊，再經(jīng)過RS485串行通訊接口接入AMS系統(tǒng)，實現(xiàn)智能設(shè)備的統(tǒng)一管理。



3.3 CCTV系統(tǒng)配置方案

3.3.1 霍尼韋爾CCTV系統(tǒng)簡介

監(jiān)控系統(tǒng)可分為前端設(shè)備區(qū)，監(jiān)控中心和傳輸網(wǎng)絡(luò)三大部分。

裝置現(xiàn)場的攝像機信號先接入安裝在就地就地機柜室的光端機，通過光纖傳到聯(lián)合控制室，再經(jīng)過光端機接受后轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號進入數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)(DVR)進行錄像。距離聯(lián)合控制室較近的視頻信號則通過視頻電纜直接連到數(shù)字硬盤錄像機。
視頻信號被壓縮成數(shù)字信號后存儲，同時數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)連接到聯(lián)合控制室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機，工業(yè)視頻集成系統(tǒng)HIIS的視頻服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)交換機與數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)DVR相連，通過DVR對前端攝像機及數(shù)字硬盤錄像機來的視頻信號進行控制和管理。

視頻網(wǎng)絡(luò)采用專網(wǎng)來進行視頻的傳輸和監(jiān)控。




CCTV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

3.3.2 包頭煤化工CCTV系統(tǒng)配置方案

根據(jù)全廠控制室的劃分情況，全廠整個監(jiān)控系統(tǒng)包括四個完整的子系統(tǒng)，以及PMCC總體監(jiān)視部分。見圖3.3.2-1
各子系統(tǒng)負(fù)責(zé)的裝置區(qū)域如下表



各子系統(tǒng)與PMCC的連接簡圖如下：



3.3.3 CCTV系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的集成方案

DCS工作站通過自身攜帶的雙網(wǎng)卡與CCTV系統(tǒng)專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)交換機連接。同時保證兩個網(wǎng)絡(luò)分布在不同的網(wǎng)段。DCS工作站安裝CCTV系統(tǒng)監(jiān)控軟件HIIS客戶端后即可在授權(quán)的情況下對前端監(jiān)控設(shè)備進行監(jiān)控和管理。

3.3.4 CCTV視頻圖像在大屏幕上顯示的集成方案

視頻信號經(jīng)過數(shù)字壓縮變成網(wǎng)絡(luò)信號后，畫面分辨率為300*200左右，該信號送大屏幕系統(tǒng)上顯示的尺寸不能過大（不能超過50英寸），否則畫面清晰度就不理想。而本項目選擇的大屏幕系統(tǒng)，單屏為70英寸。為了能在整個大屏幕系統(tǒng)上顯示清晰的畫面，采用以下方案：

聯(lián)合控制室內(nèi)的所有視頻信號在由現(xiàn)場傳輸?shù)娇刂剖液笸ㄟ^視頻分配器分成2路，1路進入控制室的數(shù)字硬盤錄像機，另1路進入視頻切換矩陣。進入視頻切換矩陣后根據(jù)需要輸出8路視頻信號到大屏幕顯示。同時視頻矩陣還輸出另8路視頻信號到PMCC，供PMCC的大屏幕顯示。PMCC與各聯(lián)合控制室的視頻切換矩陣間的相互調(diào)用通過視頻光端機的RS422接口連接實現(xiàn)。具體方案示意圖如下：


4 PMCC數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示系統(tǒng)方案簡介

4.1 功能簡介

生產(chǎn)調(diào)度管理中心（PMCC）主要實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的重要參數(shù)的監(jiān)視，生產(chǎn)報表的打印和設(shè)備信息的管理。

建立一個統(tǒng)一的全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)平臺，主要是從過程控制系統(tǒng)（DCS、PLC）獲得、收集和存儲包括過程變量、過程報警、系統(tǒng)報警、工作記錄等實時數(shù)據(jù)和信息至該數(shù)據(jù)平臺，加工成心的信息資源，提供給調(diào)度人員。

提供開放的數(shù)據(jù)接口，為將來全廠信息系統(tǒng)全面集成奠定基礎(chǔ)。

4.2 方案介紹

4.2.1 實時數(shù)據(jù)庫的選擇

由于全廠的DCS系統(tǒng)均采用HONEYWELL公司的產(chǎn)品，而且HONEYWELL公司的Uniformance PHD核心軟件采用成熟技術(shù)和成套軟件，具有很高的安全性、開放性、先進性、可擴展性，因此選用Uniformance PHD作為實時數(shù)據(jù)庫采集平臺，為后續(xù)項目打好信息化平臺基礎(chǔ)。

4.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.2.1 數(shù)據(jù)接口

霍尼韋爾的EPKS服務(wù)器，可以利用內(nèi)部接口與PHD進行通訊；其它廠家控制系統(tǒng)或PLC，只有支持OPC通訊，即可進行數(shù)據(jù)通訊，也可定制開發(fā)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)交換接口。

4.2.2.2采用緩存服務(wù)器—主服務(wù)器結(jié)構(gòu)

來自DCS、PLC等控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，先傳輸?shù)紼PKS或OPC服務(wù)器，緩存服務(wù)器負(fù)責(zé)從EPKS或OPC服務(wù)器獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，主服務(wù)器與緩存服務(wù)器同步更新，當(dāng)主服務(wù)器與緩存服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，則數(shù)據(jù)可先保存在緩存服務(wù)器中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，這部分終端數(shù)據(jù)可自動上傳到主服務(wù)器。



系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4.2.2.3 緩存服務(wù)器和主服務(wù)器之間采用防火墻

為防止病毒侵入DCS，造成DCS系統(tǒng)故障，霍尼韋爾支持成熟防火墻技術(shù)，嚴(yán)格禁止除數(shù)據(jù)庫主服務(wù)器以外的機器對EPKS服務(wù)器和OPC服務(wù)器的訪問，確保底層控制系統(tǒng)的安全性。

4.2.2.4 磁盤陣列

數(shù)據(jù)安全是整個數(shù)據(jù)采集、存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此采用了PHD主服務(wù)器加磁盤陣列雙機冷備的配置，兩臺PHD服務(wù)器硬件配置完全一樣，安裝的軟件完全一致，設(shè)置PHD數(shù)據(jù)文件到磁盤陣列。當(dāng)運行的服務(wù)器出現(xiàn)故障時，人工切換到另1臺PHD冷備服務(wù)器，不會影響數(shù)據(jù)采集。

4.2.3 系統(tǒng)安全設(shè)計

對于生產(chǎn)控制中心來說，由于直接與生產(chǎn)過程相關(guān)，因此系統(tǒng)安全問題是整個系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮的重點。系統(tǒng)安全主要包括網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)安全兩個部分。

4.2.3.1網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)的安全是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計的重要內(nèi)容。由于PMCC的網(wǎng)絡(luò)物理上與控制系統(tǒng)連接，因此必須保證網(wǎng)絡(luò)安全，避免對生產(chǎn)造成不利影響。

經(jīng)過安全評估與需求分析，網(wǎng)絡(luò)安全體系包括操作系統(tǒng)級控制、硬件防火墻、防病毒系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)訪問規(guī)則設(shè)置等方面

4.2.3.2數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)信息是公司生產(chǎn)控制中心的基礎(chǔ)，設(shè)計公司的經(jīng)濟和技術(shù)秘密，不能隨意泄漏和更改，因此保證數(shù)據(jù)安全是系統(tǒng)正常運行的基本要求。數(shù)據(jù)安全設(shè)計主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)訪問等幾方面內(nèi)容。

5 結(jié)束語

霍尼韋爾公司通過MAV的方式，為包頭煤制烯烴項目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在內(nèi)的，完整的、一體化的控制系統(tǒng)解決方案，采用了當(dāng)前主流的、最先進的系統(tǒng)配置，極大地提高了項目的自動化控制水平，為今后裝置的安全、平穩(wěn)運行打下了良好的基礎(chǔ)。


作者簡介：
曹輝，男，1971年11月出生，1995年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，工程師，一直從事DCS、SIS系統(tǒng)的生產(chǎn)維護、系統(tǒng)升級、改造等工作。現(xiàn)工作于中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司。