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)

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(xiàng)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(xì)描述了生產(chǎn)調(diào)度指揮中心如何實(shí)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(shí)時(shí)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(jìn)度，包頭煤制烯烴項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目采用中心控制室和現(xiàn)場機(jī)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(jī)柜室?，F(xiàn)場儀表信號(hào)先傳到現(xiàn)場機(jī)柜室，再從現(xiàn)場機(jī)柜室傳到中心控制室，現(xiàn)場機(jī)柜室到中心控制室的信號(hào)采用雙冗余光纜連接。在中心控制室實(shí)現(xiàn)全部的控制、監(jiān)測、報(bào)警及報(bào)表等操作。

由于各裝置的工程進(jìn)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(dú)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(jī)柜室的裝置，DCS均按下列原則進(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、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(jī)組PLC、裝置的先進(jìn)控制系統(tǒng)等)進(jìn)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(tái)操作站、打印機(jī)等，實(shí)現(xiàn)日常的生產(chǎn)控制、監(jiān)測、報(bào)警及報(bào)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(shí)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(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(tái)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(tái)調(diào)度員操作站，連接到該數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負(fù)責(zé)對中心的所有裝置進(jìn)行監(jiān)視。

2) 配置1對CISCO 3750交換機(jī)，用于連接各裝置的DCS，同時(shí)與全廠的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)，SM-2OO4D配置符合TüV AK6級(jí)及IEC 61508 SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證。

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

3) 由于該項(xiàng)目采用中心控制室和現(xiàn)場機(jī)柜室相結(jié)合的配置方式，正常生產(chǎn)時(shí)操作員都在中心控制室，因而生產(chǎn)裝置SIS的輔助操作臺(tái)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(jī)柜室。

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

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(jī)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(jī)信號(hào)進(jìn)入就地機(jī)柜室的光端機(jī)，通過光纖傳到中心控制室，同時(shí)，通過光端機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)進(jìn)入數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)(DVR)進(jìn)行錄像，距離中心控制室較近的視頻信號(hào)則通過視頻電纜直接連到數(shù)字硬盤錄像機(jī)。

視頻信號(hào)被壓縮成數(shù)字信號(hào)后存儲(chǔ)，同時(shí)DVR連接到中心控制室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，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(jī)與DVR相連，通過DVR對前端攝像機(jī)及數(shù)字硬盤錄像機(jī)來的視頻信號(hào)進(jìn)行控制和管理。視頻網(wǎng)絡(luò)采用專網(wǎng)來進(jìn)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包括4個(gè)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(jī)連接，同時(shí)保證兩個(gè)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(jìn)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(hào)經(jīng)過數(shù)字壓縮變成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，畫面分辨率為300×200左右，該信號(hào)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(xiàng)目選擇的大屏幕系統(tǒng)，單屏為178 cm(70 in)。為了能在整個(gè)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(hào)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(jìn)入控制室的數(shù)字硬盤錄像機(jī)，另1路進(jìn)入視頻切換矩陣。進(jìn)入視頻切換矩陣后根據(jù)需要輸出8路視頻信號(hào)到大屏幕顯示。同時(shí)視頻矩陣還輸出另外8路視頻信號(hào)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(jī)的RS-422接口實(shí)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(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中重要參數(shù)的監(jiān)視，生產(chǎn)報(bào)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(tái)，主要是從過程控制系統(tǒng)(DCS，PLC)收集和存儲(chǔ)包括過程變量、過程報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警、工作記錄等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息等。該數(shù)據(jù)平臺(tái)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(shí)時(shí)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(jìn)性、可擴(kuò)展性，因而選用Uniformance PHD作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采集平臺(tái)，為后續(xù)項(xiàng)目打好信息化平臺(tái)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(jìn)行通信；其他廠家控制系統(tǒng)或PLC，只要支持OPC通信，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)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(fù)責(zé)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(dāng)主服務(wù)器與緩存服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，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(dòng)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(yán)格禁止除數(shù)據(jù)庫主服務(wù)器外的機(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。

4) 磁盤陣列。數(shù)據(jù)安全是整個(gè)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)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(jī)冷備的配置，2臺(tái)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(dāng)運(yùn)行的服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，人工切換到另1臺(tái)PHD冷備服務(wù)器，不會(huì)影響數(shù)據(jù)采集。

2.2.3系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

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(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重點(diǎn)。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(jí)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(jì)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(yùn)行的基本要求。數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)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(xiàng)目采用了當(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，為今后裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)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(jì)算塊用來計(jì)算催化劑溶液中EG的瞬時(shí)流量值，其計(jì)算公式為0.98qm3；C2計(jì)算模塊用來計(jì)算n(EG)/n(PTA)的值，其計(jì)算公式為[166.13(0.98qm3+qm2)/1000]/(62.07qm1)；K比值計(jì)算塊根據(jù)PTA的瞬時(shí)流量值計(jì)算需加入EG的質(zhì)量，其計(jì)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(dòng)給定；C3計(jì)算塊根據(jù)PTA的瞬時(shí)流量值計(jì)算所需催化劑溶液的瞬時(shí)質(zhì)量流量，其計(jì)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(jì)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(dòng)PTA的隨動(dòng)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(dòng)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(hù)、系統(tǒng)升級(jí)、改造等工作。

TP273

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1007-7324(2013)05-0043-03