王建軍
(神華寧煤集團(tuán)甲醇制烯烴項(xiàng)目籌建處 寧夏 靈武 750411)
煤化工行業(yè)工藝復(fù)雜、多樣,對自控系統(tǒng)和設(shè)備都有著較高的要求,尤其對自控系統(tǒng)來說,其可靠性、穩(wěn)定性和靈活性是保證生產(chǎn)工藝長周期運(yùn)行的前提,在神華寧煤烯烴項(xiàng)目中,采用了霍尼韋爾一體化系統(tǒng)解決方案。
神寧集團(tuán)煤基烯烴項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)聚丙烯52 萬噸,副產(chǎn)品汽油及液態(tài)燃料等其他產(chǎn)品20 多萬噸。 關(guān)鍵技術(shù)和生產(chǎn)裝置均處在世界前沿水平。 主要由氣化裝置、備煤裝置,三合一裝置(CO 變換、低溫甲醇洗、硫回收)、甲醇合成裝置,甲醇制丙烯裝置、聚丙烯裝置、動力站裝置、脫硫裝置,空分裝置和界區(qū)外裝置(OSBL)組成。
Experion PKS 過程控制系統(tǒng)采用嵌入式?jīng)Q策支持和診斷技術(shù),其安全組件使安全環(huán)境獨(dú)立于主控系統(tǒng),提高了系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定。 在每套PKS 系統(tǒng)中,服務(wù)器都可以選擇冗余配置,有效存儲數(shù)據(jù)庫信息。 FTE 容錯以太網(wǎng)可通過網(wǎng)絡(luò)通訊接口卡與C300 控制器、操作站、服務(wù)器、第三方設(shè)備及其它PC 連接,避免了因單點(diǎn)故障而引起的系統(tǒng)癱瘓,大大提高了系統(tǒng)可靠性。
C300 控制器
C300 分散過程控制器采用新穎的立式設(shè)計(jì),有效節(jié)省了空間。 它包括控制器硬件和控制軟件CEE,支持組態(tài)、下載及各功能模塊的執(zhí)行。 每套控制器最多支持64 個IO Units,每個控制器有兩個IOLINKS 接口, 可以連接C 系列IO 卡件或PMIO 卡件,還可以連接多至8 個FTEB 接口卡與PLC 通訊。C300 輸入輸出端子板
為C300 控制器提供連接點(diǎn)和所有電纜終端連接口( 如FTE、IOLINKS 等),為控制器提供24V 直流電源。
I/O 卡件
垂直設(shè)計(jì)的C 系列輸入/輸出,以18 度角傾斜,最大限度地減少了機(jī)柜空間; 傾斜設(shè)計(jì)使熱量均勻地流過機(jī)柜,改善了產(chǎn)品使用壽命,降低了能源成本。 可以簡便接入的集成式兩級端子塊接觸簡便,能夠輕松進(jìn)行布線安裝和維護(hù)。 模擬量輸入輸出卡為16 通道, 支持冗余、HART 協(xié)議通訊;數(shù)字輸入卡為32 通道,支持冗余。數(shù)字輸出卡32 通道,分為觸點(diǎn)輸出和繼電器輸出,支持?jǐn)U展。
防火墻模塊及FTE 容錯以太網(wǎng)絡(luò)
防火墻模塊支持C 系列產(chǎn)品,C300 及C 系列現(xiàn)場端口模塊都必須與防火墻連接。防火墻與L1 或L2 層交換機(jī)之間采用光纜或STP 連接。 它采用24V 直流供電,支持冗余及運(yùn)行自診斷,但是與其他防火墻之間只可并接不可串接。 當(dāng)發(fā)生故障時,指示燈顯示。 防火墻輸入輸出端子板可連接控制器,C 系列現(xiàn)場接口模塊及FTEB 。 新型控制防火墻,防止關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)電腦安全泄密,保證系統(tǒng)可用性。 防火墻防止控制層發(fā)生以太網(wǎng)消息泛濫及拒絕服務(wù)攻擊。 只有控制專用的消息才傳送至控制器,防止速度下降或完全關(guān)閉。
PKS 應(yīng)用了容錯以太網(wǎng) (FTE),F(xiàn)TE 節(jié)點(diǎn)之間有4 個通信路徑, 對電纜和電子設(shè)備中的各種多重故障具有容錯功能,對PC 應(yīng)用程序具有透明性,并具有快速檢測和恢復(fù)。FTE網(wǎng)絡(luò)使用單一網(wǎng)絡(luò),不需要服務(wù)器和工作站來重新建立網(wǎng)絡(luò)連接。因此,切換時間通常只有1 秒鐘。FTE 由多路選擇邏輯單網(wǎng)的組網(wǎng)方式代替了雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了多路由選擇,最優(yōu)路徑選擇和交換機(jī)快速切換。 它包括冗余的交換機(jī)和電纜,需要兩個防火墻的支持, 一個支持FTEA, 另外一個支持FTEB。
Honeywell 在Experion PKS 控制網(wǎng)絡(luò)安全上考慮了目前所有已知的各種安全隱患。 同時在系統(tǒng)架構(gòu)中已經(jīng)考慮到局部可能出現(xiàn)物理故障時的容錯能力。 考慮到極端情況發(fā)生,即使整個網(wǎng)絡(luò)受攻擊癱瘓, 控制器C300 在控制器防火墻的保護(hù)下仍能夠繼續(xù)工作,保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。
其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示:
圖1 FTE 容錯以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
霍尼韋爾DCS 應(yīng)用在神華寧煤烯烴項(xiàng)目所有裝置的實(shí)時控制、報警管理、歷史數(shù)據(jù)和事件的采集和存儲、報表的生成和存儲、 過程操作、HART 智能儀表的管理和動態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立和應(yīng)用、 并提供與工廠網(wǎng)絡(luò)的接口等。
本工程采用中央控制室(CCR) 和現(xiàn)場機(jī)柜室(FRR)分離設(shè)置的方式。 各裝置的DCS 的操作站設(shè)置在中央控制室,控制站設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機(jī)柜室,所有現(xiàn)場儀表信號傳到現(xiàn)場機(jī)柜室,再從現(xiàn)場機(jī)柜室傳到中央控制室,從現(xiàn)場機(jī)柜室到中央控制室的信號采用冗余光纜連接。 在中央控制室進(jìn)行全部的控制、監(jiān)測、報警及報表等操作。
2.2.1 單套裝置DCS 配置方案
針對具有現(xiàn)場機(jī)柜室的裝置,DCS 系統(tǒng)按下列原則進(jìn)行配置:
1)系統(tǒng)的所有機(jī)柜均安裝在現(xiàn)場機(jī)柜室,另外在現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)設(shè)有工程師站用于系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試。
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SIS、PLC、ITCC)進(jìn)行通訊,將數(shù)據(jù)采集進(jìn)DCS 系統(tǒng)后,統(tǒng)一上傳至中央控制室。
3)在中央控制室內(nèi)安裝多臺操作站、打印機(jī)等,實(shí)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)傳遞的可靠,從現(xiàn)場機(jī)柜室的交換機(jī)引出2 路冗余光纜連到中央控制室2 臺交換機(jī),用于本裝置服務(wù)器、操做站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的連接。
其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。
2.2.2 中央控制室DCS 配置方案
中央控制室主要實(shí)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(jìn)行集中處理、顯示,用于調(diào)度人員指揮生產(chǎn)。 因此中央控制室DCS 系統(tǒng)的配置如下:
圖2 單個裝置DCS 配置圖
1) 在中央控制室服務(wù)器室配置所有裝置的PKS 冗余服務(wù)器。
2)在工程師室配置工程師站對各裝置進(jìn)行工程組態(tài)。
3)在中控室操作大廳配置雙屏操作員站、值長站及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。
4)應(yīng)用層配置了OPC 服務(wù)器、防病毒服務(wù)器、Web 服務(wù)器、報警管理服務(wù)器。
5)在中央控制室機(jī)柜間配置網(wǎng)絡(luò)柜、電源柜、防火墻,交換機(jī)、GPS 設(shè)備。
神華寧煤烯烴項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)分為4 層,Level 1 到Level 4 層。
1)在Level 1 層上使用控制防火墻,它是在已有可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上,增加另外一層高安全防護(hù),控制防火墻只允許與C300 控制器有關(guān)的信息通過, 拒絕接受所有控制器不需要的信息
2)在Level 2 層使用交換機(jī),連接各現(xiàn)場機(jī)柜間與中控室控制防火墻、操作員站等設(shè)備。
3)在Level3 層使用主干交換機(jī),各工藝裝置通過中央控制室的交換機(jī)匯集到主干交換機(jī)上。
4)在Level4 層使用防火墻以及交換機(jī),通過防火墻以及交換機(jī)來連接第三方的系統(tǒng)以及企業(yè)管理網(wǎng)。
其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。
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(jī)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。
圖3 全廠DCS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
霍尼韋爾公司通過MAV 的方式, 為神華寧煤烯烴項(xiàng)目提供了包括DCS、AMS、PHD 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(jìn)的系統(tǒng)配置,極大地提高了項(xiàng)目的自動化控制水平,為裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。目前霍尼韋爾的DCS 在神華寧煤烯烴項(xiàng)目已投入商業(yè)化運(yùn)行。S
[1]Experion Solutions Honeywell.Experion PKS Platform.
[2]Honeywell Experion PKS Knowledge Builder.Honeywell Co.,LTD.