曹輝(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

煤制烯烴主要控制系統(tǒng)的配置原則

曹輝
(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

介紹了分散控制系統(tǒng)(DCS)、安全儀表系統(tǒng)(SIS)、電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)等在神華包頭煤制烯烴項目中的應(yīng)用及各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置原則以及各系統(tǒng)間的集成。詳細描述了生產(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。

煤制烯烴 分散型控制系統(tǒng) 安全儀表系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 實時數(shù)據(jù)庫

為了確保系統(tǒng)的完整性、協(xié)調(diào)性和工程進度，包頭煤制烯烴項目控制系統(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。

1 各控制子系統(tǒng)簡介

1.1分散型控制系統(tǒng)

1.1.1DCS配置原則

該項目采用中心控制室和現(xiàn)場機柜室相結(jié)合的配置方式。原則上生產(chǎn)裝置的DCS操作站設(shè)置在相應(yīng)的中心控制室，控制站設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機柜室?，F(xiàn)場儀表信號先傳到現(xiàn)場機柜室，再從現(xiàn)場機柜室傳到中心控制室，現(xiàn)場機柜室到中心控制室的信號采用雙冗余光纜連接。在中心控制室實現(xiàn)全部的控制、監(jiān)測、報警及報表等操作。

由于各裝置的工程進度不一樣，且由不同的EPC承包商施工，因而每套生產(chǎn)裝置的DCS都配置成獨立的、完整的系統(tǒng)。

1.1.2單套裝置DCS的配置方案

針對具有現(xiàn)場機柜室的裝置，DCS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，與裝置的其他控制系統(tǒng)(如機組PLC、裝置的先進控制系統(tǒng)等)進行通信，DCS采集數(shù)據(jù)后，統(tǒng)一上傳至中心控制室以及全廠生產(chǎn)調(diào)度中心。

3) 在中心控制室內(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。

1.1.3中心控制室DCS的配置方案

中心控制室主要實現(xiàn)對各生產(chǎn)裝置的日常監(jiān)控、操作，作為生產(chǎn)中心的調(diào)度室，負責對所轄裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行集中處理、顯示，用于調(diào)度人員協(xié)調(diào)、指導(dǎo)生產(chǎn)。中心控制室DCS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)集中管理；配置2臺調(diào)度員操作站，連接到該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負責對中心的所有裝置進行監(jiān)視。

2) 配置1對CISCO 3750交換機，用于連接各裝置的DCS，同時與全廠的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心進行連接，負責將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳。

1.2SIS配置方案

1) SIS采用Honeywell公司最新的SM控制器。其中，HSMS采用SM-2OO4D配置： 冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN 19250標準，SM-2OO4D配置符合TüV AK6級及IEC 61508 SIL3級標準安全認證。

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

3) 由于該項目采用中心控制室和現(xiàn)場機柜室相結(jié)合的配置方式，正常生產(chǎn)時操作員都在中心控制室，因而生產(chǎn)裝置SIS的輔助操作臺設(shè)置在相應(yīng)的中心控制室，而SIS的控制器設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機柜室。

4) 對于離中心控制室較遠的裝置，從輔操臺到SIS的控制器無法用硬接線實現(xiàn)信號的可靠傳送，因而在中心控制室設(shè)置了1臺SIS遠程控制器，輔操臺上的信號通過硬線接到SIS遠程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠程控制器與裝置SIS的控制器間通過TüV認證的冗余安全網(wǎng)來傳送信號。

5) SIS通過冗余的通信卡，通過FTE網(wǎng)絡(luò)與DCS無縫集成。SIS的操作接口采用DCS操作站，操作站的人機界面軟件具備SIS的SOE采集功能(包含在DCS的基本數(shù)據(jù)庫軟件中)。

1.3電視監(jiān)控系統(tǒng)配置方案

1.3.1系統(tǒng)簡介

電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)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。

現(xiàn)場裝置的攝像機信號進入就地機柜室的光端機，通過光纖傳到中心控制室，同時，通過光端機轉(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，距離中心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DVR連接到中心控制室內(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。

1.3.2系統(tǒng)配置方案

根據(jù)全廠控制室的劃分情況，整個監(jiān)控系統(tǒng)包括4個完整的子系統(tǒng)以及生產(chǎn)調(diào)度管理中心(PMCC)總體監(jiān)視部分，監(jiān)控裝置區(qū)域的劃分見表1所列。

表1 各子系統(tǒng)監(jiān)控裝置區(qū)域

各子系統(tǒng)與PMCC的連接如圖1所示。

圖1 各子系統(tǒng)與PMCC的連接示意

1.3.3CCTV與DCS的集成方案

DCS工作站通過自身攜帶的雙網(wǎng)卡與CCTV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。

1.3.4CCTV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)顯示(尺寸不能超過127 cm(50 in))，否則畫面清晰度就不理想。而該項目選擇的大屏幕系統(tǒng)，單屏為178 cm(70 in)。為了能在整個大屏幕系統(tǒng)上顯示清晰的畫面，中心控制室內(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外8路視頻信號到PMCC，供PMCC的大屏幕顯示。PMCC與各中心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RS-422接口實現(xiàn)。具體方案示意如圖2所示。

圖2 CCTV視頻在大屏幕上顯示連接示意

2 生產(chǎn)調(diào)度管理中心數(shù)據(jù)處理方案

2.1功能簡介

PMCC主要實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中重要參數(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)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)和信息等。該數(shù)據(jù)平臺將所收集的數(shù)據(jù)加工成新的信息資源，提供給調(diào)度人員，供決策使用。該系統(tǒng)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)。

2.2方案介紹

2.2.1實時數(shù)據(jù)庫的選擇

由于全廠的DCS具有很高的安全性、開放性、先進性、可擴展性，因而選用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)。

2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1) 數(shù)據(jù)接口。EPKS服務(wù)器，可以利用內(nèi)部接口與PHD進行通信；其他廠家控制系統(tǒng)或PLC，只要支持OPC通信，即可進行數(shù)據(jù)通信，同時也可定制開發(fā)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)交換接口。

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)器負責從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。

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，造成系統(tǒng)故障，應(yīng)嚴格禁止除數(shù)據(jù)庫主服務(wù)器外的機器對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) 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，因而采用了PHD主服務(wù)器加磁盤陣列雙機冷備的配置，2臺PHD服務(wù)器硬件配置及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。

2.2.3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)，因而系統(tǒng)安全是整個系統(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)安全兩部分。

1) 網(wǎng)絡(luò)安全。由于PMCC的網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)連接，因而必須保證網(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。

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)，涉及公司的經(jīng)濟和技術(shù)秘密，不能隨意泄漏和更改，因而保證數(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。

3 結(jié)束語

該項目采用了當前主流的、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)。

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[3]翁維勤，孫洪程.過程控制系統(tǒng)及工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)C1計算塊用來計算催化劑溶液中EG的瞬時流量值，其計算公式為0.98qm3；C2計算模塊用來計算n(EG)/n(PTA)的值，其計算公式為[166.13(0.98qm3+qm2)/1000]/(62.07qm1)；K比值計算塊根據(jù)PTA的瞬時流量值計算需加入EG的質(zhì)量，其計算公式為[SP(62.07×1000qm1)]/166.13，其輸出作為FRC2常規(guī)PID控制模塊的設(shè)定值SP；SP值根據(jù)工藝要求手動給定；C3計算塊根據(jù)PTA的瞬時流量值計算所需催化劑溶液的瞬時質(zhì)量流量，其計算公式為(10×170×qm1)/0.862×42×2，其輸出作為FRC3常規(guī)PID控制模塊的設(shè)定值。

3 結(jié)束語

根據(jù)工藝對象特性，設(shè)計出EG和PTA流量比值控制具有雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的性質(zhì)，EG和催化劑溶液隨動PTA的隨動系統(tǒng)，能夠很好地克服干擾的影響，使控制變得比較平穩(wěn)，而且也確保了EG和催化劑溶液、PTA總量基本不變。

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ConfigurationPrincipleofMainControlSysteminCoaltoOlefinProject

Cao Hui

(China Coal Shanxi Yulin Energy amp; Chemical Co. Ltd., Yulin, 719000，China)

The typical application of DCS, SIS and CCTV in coal to olefin project, and the configuration principle, system structure and integration among different systems are introduced briefly. It is discussed in detail on how the PMCC realizes the whole plant process data’s acquisition, processing and display.

coal to olefin；distributed control system；safety instrument system；data acquisition；real-time database

稿件收到日期：2013-03-29，修改稿收到日期2013-06-14。

曹輝(1971—)，男，黑龍江雙城人，1995年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中煤陜西榆林能源化工有限公司，一直從事控制系統(tǒng)的生產(chǎn)維護、系統(tǒng)升級、改造等工作。

TP273

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1007-7324(2013)05-0043-03