霍尼韋爾DCS 在神華寧煤烯烴項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

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）

0 引言

煤化工行業(yè)工藝復(fù)雜、多樣，對(duì)自控系統(tǒng)和設(shè)備都有著較高的要求，尤其對(duì)自控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其可靠性、穩(wěn)定性和靈活性是保證生產(chǎn)工藝長(zhǎng)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。

1 神華寧煤烯烴項(xiàng)目簡(jiǎn)介

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(wàn)噸，副產(chǎn)品汽油及液態(tài)燃料等其他產(chǎn)品20 多萬(wàn)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(dòng)力站裝置、脫硫裝置，空分裝置和界區(qū)外裝置（OSBL）組成。

2 霍尼韋爾DCS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Experion PKS 過(guò)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(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)信息。 FTE 容錯(cuò)以太網(wǎng)可通過(guò)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。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)及功能

C300 控制器

C300 分散過(guò)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(gè)IO Units，每個(gè)控制器有兩個(gè)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(gè)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(guò)機(jī)柜，改善了產(chǎn)品使用壽命，降低了能源成本。 可以簡(jiǎn)便接入的集成式兩級(jí)端子塊接觸簡(jiǎn)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(cuò)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(chǎng)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(shí)，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(chǎng)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(cuò)以太網(wǎng) （FTE），F(xiàn)TE 節(jié)點(diǎn)之間有4 個(gè)通信路徑， 對(duì)電纜和電子設(shè)備中的各種多重故障具有容錯(cuò)功能，對(duì)PC 應(yīng)用程序具有透明性，并具有快速檢測(cè)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(lái)重新建立網(wǎng)絡(luò)連接。因此，切換時(shí)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(gè)防火墻的支持， 一個(gè)支持FTEA， 另外一個(gè)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(shí)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(shí)的容錯(cuò)能力。 考慮到極端情況發(fā)生，即使整個(gè)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(cuò)以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 DCS 系統(tǒng)應(yīng)用

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(shí)控制、報(bào)警管理、歷史數(shù)據(jù)和事件的采集和存儲(chǔ)、報(bào)表的生成和存儲(chǔ)、 過(guò)程操作、HART 智能儀表的管理和動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)機(jī)柜室，所有現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)傳到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，再?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室傳到中央控制室，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室到中央控制室的信號(hào)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(cè)、報(bào)警及報(bào)表等操作。

2.2.1 單套裝置DCS 配置方案

針對(duì)具有現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)機(jī)柜室，另外在現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(tái)操作站、打印機(jī)等，實(shí)現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警及報(bào)表輸出等操作。

4）為了保證數(shù)據(jù)傳遞的可靠，從現(xiàn)場(chǎng)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(tái)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(zhǎng)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(bào)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。

2.3 全廠DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置方案

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(guò)， 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(chǎng)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(guò)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(guò)防火墻以及交換機(jī)來(lái)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。

2.4 系統(tǒng)安全

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(kù)主服務(wù)器以外的機(jī)器對(duì)EPKS服務(wù)器和OPC 服務(wù)器的訪問(wèn)，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

3 結(jié)束語(yǔ)

霍尼韋爾公司通過(guò)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(dòng)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.