霍尼韋爾DCS系統(tǒng)在LNG船上的應(yīng)用

摘 要：Experion PKS（Process Knowledge System）系統(tǒng)是Honeywell公司推出的新一代DCS控制系統(tǒng)，針對LNG船的工況提出了完整的解決方案，以EPKS系統(tǒng)為控制中心，獨(dú)立的安全網(wǎng)與控制網(wǎng)，對不同的通訊接口都提出了具體的配置方案。

關(guān)鍵詞：過程知識系統(tǒng)；容錯(cuò)以太網(wǎng)；安全網(wǎng)

LNG（Liquefied Natural Gas）船是在零下163攝氏度低溫下運(yùn)輸液化氣的專用船舶，從碼頭接收液化天然氣，輸送到船上的低溫儲罐中，經(jīng)過再氣化的處理，最終經(jīng)管道輸送給有需求的用戶?；裟犴f爾DCS系統(tǒng)則是整個(gè)LNG船進(jìn)行天然氣接收、儲存、再氣化、輸送的自動化控制的核心和基礎(chǔ)。

1 霍尼韋爾PKS系統(tǒng)

該系統(tǒng)將人員與過程控制、經(jīng)營和資產(chǎn)管理融合在一起。Experion PKS為用戶提供了遠(yuǎn)高于集散控制系統(tǒng)的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術(shù)，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統(tǒng)安全環(huán)境獨(dú)立于主控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。EPKS系統(tǒng)采用冗余服務(wù)器結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

（1）全局?jǐn)?shù)據(jù)庫：一次輸入控制處理器與監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器所需信息，無需多次對不同層次的數(shù)據(jù)庫分別組態(tài)。

（2）Honeywell HMIWeb技術(shù)：HMIWeb技術(shù)是基于Web結(jié)構(gòu)的人機(jī)界面，可以集成過程控制數(shù)據(jù)和商業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)。HMIWeb以HTML（超文本鏈接標(biāo)示語言）為顯示畫面的基本格式，提供IE瀏覽器訪問過程畫面的功能。

（3）全局在線文檔：幫助用戶快速訪問存有系統(tǒng)資料信息的

Knowledge Builder，它是HTML的文檔資料，為用戶提供在線幫助和在線技術(shù)支持，避免了用戶在各處查找大量資料的不便。

（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，正常情況下由服務(wù)器為客戶機(jī)提供所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，服務(wù)器故障情況下，某些客戶機(jī)可直接從控制器讀取所需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（5）先進(jìn)的系統(tǒng)框架：包括完整的基礎(chǔ)架構(gòu)，報(bào)警/事件管理子系統(tǒng)，便于組態(tài)的報(bào)表子系統(tǒng)，擴(kuò)展的歷史數(shù)據(jù)采集以及多種類型的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)趨勢等。

（6）良好的開放性：支持最先進(jìn)的開放技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，包括

ODBC、AdvanceDDE、Visual Basic、OPC（OLE for Process Control）等，使系統(tǒng)開放通訊的實(shí)施極為方便。

（7）嚴(yán)格的安全性：多種渠道保證系統(tǒng)的安全性。

（8）資產(chǎn)管理系統(tǒng)（FDM）：設(shè)備集成技術(shù)存在兩種：電子設(shè)備描述語言EDDL和現(xiàn)場設(shè)備工具/設(shè)備類型管理器FDT/DTM[1]。Honey

well的現(xiàn)場設(shè)備管理器（FDM）可以同時(shí)管理通過HART I/O或 HART硬件多路分離器上傳的HART信息，同時(shí)可以連接EDDL與FDT/DTM智能儀表設(shè)備的HART信息，方便快捷的對HART設(shè)備進(jìn)行管理控制，如壓力變送器、流量計(jì)及溫度儀表等。

2 LNG船工況簡述

2.1 簡述

陸地與LNG船、船與船之間均有天然氣管線接口，用于天然氣的輸送，船用系統(tǒng)具有監(jiān)視和控制工藝流程的功能，一旦出現(xiàn)緊急事件和報(bào)警，系統(tǒng)會自動或人工手動切斷管線輸送，關(guān)閉相應(yīng)閥門，同時(shí)發(fā)送相應(yīng)報(bào)警到中控、陸地或其他相關(guān)區(qū)域。船內(nèi)系統(tǒng)分布眾多，中控系統(tǒng)主要設(shè)置在CCIOR（船體控制室）/MCR（機(jī)械控制室）/CCR（中心控制室）三個(gè)不同的區(qū)域。船內(nèi)設(shè)置有衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，用于和陸地及船只之間的信息交流。

2.2 系統(tǒng)主要功能與需求

（1）系統(tǒng)的安全網(wǎng)與控制網(wǎng)要求獨(dú)立設(shè)計(jì)。

（2）CCR（中控室）需要配備大屏顯示主工藝流程，同時(shí)配備相應(yīng)的操作站方便操作員監(jiān)控，配置CCTV系統(tǒng)客戶機(jī)用于監(jiān)視全船運(yùn)行狀態(tài)。

（3）CCR（中控室）與CCIOR（船體控制室）之間通訊采用光纖通訊，均配置網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，加裝交換機(jī)。

（4）MCR（機(jī)械室）與CCIOR（船體控制室）之間通訊采用以太網(wǎng)通訊。

（5）眾多需要中控系統(tǒng)進(jìn)行信息采集和監(jiān)視第三方系統(tǒng)，通過modbus總線通訊進(jìn)入PKS系統(tǒng)。

3 霍尼韋爾DCS系統(tǒng)配置方案

針對本項(xiàng)目LNG船的控制需求，霍尼韋爾為該項(xiàng)目配置了EPKS 控制系統(tǒng)，并以此為控制核心，配置獨(dú)立的安全網(wǎng)和控制網(wǎng)。同時(shí)，對不同類型的通訊接口都提出了具體的配置方案。

3.1 方案概述

（1）在CCR（中控室）配置了3臺雙屏操作站，一臺大屏及其操作站，一臺激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和一臺點(diǎn)陣式網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，一個(gè)ESD輔助操作盤及一個(gè)CCR網(wǎng)絡(luò)柜：包括CCR L2/L3層交換機(jī)、服務(wù)器A、GPS時(shí)鐘服務(wù)器等設(shè)備，通過FTE網(wǎng)絡(luò)與CCIOR網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行光纖通訊。

（2）在MCR（機(jī)械控制室）配置了一臺雙屏操作站，一臺激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和一個(gè)ESD輔助操作盤，操作站通過FTE網(wǎng)絡(luò)與CCIOR（船體控制室）的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（3）在CCIOR配置了2臺雙屏操作站，一臺激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)及一個(gè)CCIOR網(wǎng)絡(luò)柜：包括CCIOR L2層交換機(jī)、服務(wù)器B、MODBUS通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，通過FTE網(wǎng)絡(luò)與CCIOR網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行光纖通訊。

（4）PKS系統(tǒng)中配置了冗余服務(wù)器，在CCIOR配置了冗余PDP電源機(jī)柜，冗余的FTE交換機(jī)，冗余的PCS控制器和冗余的ESD系統(tǒng)控制器，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 安全網(wǎng)與控制網(wǎng)獨(dú)立解決方案

ESD系統(tǒng)采用的Honeywell專有的具有Sil3認(rèn)證的Safety Manager控制系統(tǒng)。

（1）通過FTE網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)ESD系統(tǒng)控制器與PKS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

（2）通過SAFENET網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)ESD系統(tǒng)控制器之間的數(shù)據(jù)交換。

3.3 CCTV系統(tǒng)的解決方案

Honeywell針對全船配置了一整套CCTV系統(tǒng)，采用了霍尼韋爾DVM視頻服務(wù)器通過視頻編碼轉(zhuǎn)換將現(xiàn)場的視頻信息不間斷的采集到CCTV系統(tǒng)中，在CCR配置了兩臺視頻操作站，通過CCR網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)同視頻服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。操作員可以在CCR通過CCTV操作站進(jìn)行視頻監(jiān)視記錄和操作，同時(shí)CCTV系統(tǒng)通過FTE網(wǎng)絡(luò)可以將視頻信息集成到PKS系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)其他區(qū)域的視頻信息共享和視頻監(jiān)控安全聯(lián)鎖控制。

3.4 通訊接口配置方案

（1）系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的modbus TCP/RTU接口實(shí)現(xiàn)與第三方控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊。

（2）系統(tǒng)針對第三方OPC服務(wù)器提供了OPC客戶端接口，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場OPC數(shù)據(jù)的采集和顯示。

（3）系統(tǒng)提供FTE容錯(cuò)以太網(wǎng)接口，保證所有節(jié)點(diǎn)通訊的冗余性和安全性。

（4）系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)對點(diǎn)通訊接口，實(shí)現(xiàn)三方控制器與DCS控制器數(shù)據(jù)的直接干預(yù)，大大提高了系統(tǒng)控制的效率。

4 結(jié)束語

霍尼韋爾DCS系統(tǒng)以PKS系統(tǒng)為代表，經(jīng)過多年來在石油、化工、造紙等不同領(lǐng)域的反復(fù)實(shí)踐驗(yàn)證了其開放性高、穩(wěn)定性好、安全性高、品質(zhì)耐用等特點(diǎn)，針對近年來LNG船的不斷增長的市場需求，PKS系統(tǒng)同樣會給用戶提供令人滿意的完整系統(tǒng)的解決方案，最大程度地給用戶帶來實(shí)質(zhì)性的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]韓慶敏.基于EDDL和FDT技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

[C].中國石油和化工自動化第十屆年會學(xué)術(shù)論文集，2011（6）：183-188.