霍尼韋爾DCS 在神華寧煤烯烴項目中的應用研究

王建軍

（神華寧煤集團甲醇制烯烴項目籌建處 寧夏 靈武 750411）

0 引言

煤化工行業(yè)工藝復雜、多樣，對自控系統和設備都有著較高的要求，尤其對自控系統來說，其可靠性、穩(wěn)定性和靈活性是保證生產工藝長周期運行的前提，在神華寧煤烯烴項目中，采用了霍尼韋爾一體化系統解決方案。

1 神華寧煤烯烴項目簡介

神寧集團煤基烯烴項目設計規(guī)模為年產聚丙烯52 萬噸，副產品汽油及液態(tài)燃料等其他產品20 多萬噸。 關鍵技術和生產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。

2 霍尼韋爾DCS 系統簡介

Experion PKS 過程控制系統采用嵌入式決策支持和診斷技術，其安全組件使安全環(huán)境獨立于主控系統，提高了系統整體的安全穩(wěn)定。 在每套PKS 系統中，服務器都可以選擇冗余配置，有效存儲數據庫信息。 FTE 容錯以太網可通過網絡通訊接口卡與C300 控制器、操作站、服務器、第三方設備及其它PC 連接，避免了因單點故障而引起的系統癱瘓，大大提高了系統可靠性。

2.1 硬件結構及功能

C300 控制器

C300 分散過程控制器采用新穎的立式設計，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

垂直設計的C 系列輸入/輸出，以18 度角傾斜，最大限度地減少了機柜空間； 傾斜設計使熱量均勻地流過機柜，改善了產品使用壽命，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，能夠輕松進行布線安裝和維護。 模擬量輸入輸出卡為16 通道， 支持冗余、HART 協議通訊；數字輸入卡為32 通道，支持冗余。數字輸出卡32 通道，分為觸點輸出和繼電器輸出，支持擴展。

防火墻模塊及FTE 容錯以太網絡

防火墻模塊支持C 系列產品，C300 及C 系列現場端口模塊都必須與防火墻連接。防火墻與L1 或L2 層交換機之間采用光纜或STP 連接。 它采用24V 直流供電，支持冗余及運行自診斷，但是與其他防火墻之間只可并接不可串接。 當發(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 系列現場接口模塊及FTEB 。 新型控制防火墻，防止關鍵系統出現電腦安全泄密，保證系統可用性。 防火墻防止控制層發(fā)生以太網消息泛濫及拒絕服務攻擊。 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閉。

PKS 應用了容錯以太網 （FTE），FTE 節(jié)點之間有4 個通信路徑， 對電纜和電子設備中的各種多重故障具有容錯功能，對PC 應用程序具有透明性，并具有快速檢測和恢復。FTE網絡使用單一網絡，不需要服務器和工作站來重新建立網絡連接。因此，切換時間通常只有1 秒鐘。FTE 由多路選擇邏輯單網的組網方式代替了雙網結構，實現了多路由選擇，最優(yōu)路徑選擇和交換機快速切換。 它包括冗余的交換機和電纜，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 控制網絡安全上考慮了目前所有已知的各種安全隱患。 同時在系統架構中已經考慮到局部可能出現物理故障時的容錯能力。 考慮到極端情況發(fā)生，即使整個網絡受攻擊癱瘓， 控制器C300 在控制器防火墻的保護下仍能夠繼續(xù)工作，保證生產正常進行。

其網絡結構圖如下所示：

圖1 FTE 容錯以太網絡結構

2.2 DCS 系統應用

霍尼韋爾DCS 應用在神華寧煤烯烴項目所有裝置的實時控制、報警管理、歷史數據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、生產操作數據系統的建立和應用、 并提供與工廠網絡的接口等。

本工程采用中央控制室（CCR） 和現場機柜室（FRR）分離設置的方式。 各裝置的DCS 的操作站設置在中央控制室，控制站設置在相應的現場機柜室，所有現場儀表信號傳到現場機柜室，再從現場機柜室傳到中央控制室，從現場機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

針對具有現場機柜室的裝置，DCS 系統按下列原則進行配置：

1）系統的所有機柜均安裝在現場機柜室，另外在現場機柜室內設有工程師站用于系統組態(tài)、調試。

2）通過配置OPC 服務器或串口服務器，與裝置的其它控制系統（如SIS、PLC、ITCC）進行通訊，將數據采集進DCS 系統后，統一上傳至中央控制室。

3）在中央控制室內安裝多臺操作站、打印機等，實現日常的生產控制、監(jiān)測、報警及報表輸出等操作。

4）為了保證數據傳遞的可靠，從現場機柜室的交換機引出2 路冗余光纜連到中央控制室2 臺交換機，用于本裝置服務器、操做站、網絡打印機的連接。

其系統結構圖如圖2 所示。

2.2.2 中央控制室DCS 配置方案

中央控制室主要實現對各生產裝置的日常監(jiān)控、 操作，以及作為生產中心的調度室，負責對所轄裝置的生產數據進行集中處理、顯示，用于調度人員指揮生產。 因此中央控制室DCS 系統的配置如下：

圖2 單個裝置DCS 配置圖

1） 在中央控制室服務器室配置所有裝置的PKS 冗余服務器。

2）在工程師室配置工程師站對各裝置進行工程組態(tài)。

3）在中控室操作大廳配置雙屏操作員站、值長站及網絡打印機。

4）應用層配置了OPC 服務器、防病毒服務器、Web 服務器、報警管理服務器。

5）在中央控制室機柜間配置網絡柜、電源柜、防火墻，交換機、GPS 設備。

2.3 全廠DCS 系統網絡配置方案

神華寧煤烯烴項目網絡分為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絡架構基礎上，增加另外一層高安全防護，控制防火墻只允許與C300 控制器有關的信息通過， 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，連接各現場機柜間與中控室控制防火墻、操作員站等設備。

3）在Level3 層使用主干交換機，各工藝裝置通過中央控制室的交換機匯集到主干交換機上。

4）在Level4 層使用防火墻以及交換機，通過防火墻以及交換機來連接第三方的系統以及企業(yè)管理網。

其網絡結構圖如圖3 所示。

2.4 系統安全

為防止病毒侵入DCS，造成DCS 系統故障，霍尼韋爾支持成熟防火墻技術， 嚴格禁止除數據庫主服務器以外的機器對EPKS服務器和OPC 服務器的訪問，確保底層控制系統的安全性。

圖3 全廠DCS 網絡結構圖

3 結束語

霍尼韋爾公司通過MAV 的方式， 為神華寧煤烯烴項目提供了包括DCS、AMS、PHD 等在內的， 完整的、一體化的控制系統解決方案， 采用了當前主流的、最先進的系統配置，極大地提高了項目的自動化控制水平，為裝置的安全、平穩(wěn)運行打下了良好的基礎。目前霍尼韋爾的DCS 在神華寧煤烯烴項目已投入商業(yè)化運行。S

［1］Experion Solutions Honeywell.Experion PKS Platform.

［2］Honeywell Experion PKS Knowledge Builder.Honeywell Co.,LTD.