DCS控制系統(tǒng)在MTO裝置中的應(yīng)用

許宏瑜，江 杰

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

DCS控制系統(tǒng)在MTO裝置中的應(yīng)用

許宏瑜，江 杰

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

集散控制系統(tǒng)（DCS）是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和顯示技術(shù)的一種控制技術(shù)，已被普遍應(yīng)用于化工生產(chǎn)。簡(jiǎn)述了MTO裝置的流程，對(duì) DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行概述，綜述了 DCS 控制系統(tǒng)在MTO裝置中的應(yīng)用。

MTO；DCS；控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)幾種甲醇制烯烴工業(yè)應(yīng)用的完成和生產(chǎn)，煤或天然氣生產(chǎn)甲醇、低碳烯烴的生產(chǎn)將影響乙烯和丙烯生產(chǎn)的工業(yè)結(jié)構(gòu)。本公司煤制烯烴項(xiàng)目以煤為原料，通過(guò)煤氣化合成甲醇，甲醇制烯烴，烯烴生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯的煤化工項(xiàng)目，年產(chǎn)30萬(wàn)t的聚乙烯、聚丙烯。煤化學(xué)工業(yè)的煤制烯烴工程創(chuàng)建了一個(gè)新的煤基能源化工，工業(yè)化的甲醇生產(chǎn)烯烴，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)過(guò)程和煤制烯烴生產(chǎn)規(guī)模，合理選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)述了甲醇制烯烴的工藝過(guò)程，同時(shí)還介紹了分布控制系統(tǒng)（DCS）的特點(diǎn)，并總結(jié)了在烯烴生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 MTO裝置流程

MTO是煤制烯烴的核心環(huán)節(jié)，是一種以甲醇為原料，把煤制甲醇生產(chǎn)出的甲醇催化反應(yīng)生成富含乙烯、丙烯反應(yīng)氣的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，即甲醇制烯烴。MTO裝置包括反應(yīng)再生系統(tǒng)、急冷汽提系統(tǒng)、反應(yīng)氣體壓縮系統(tǒng)、分離純化系統(tǒng)、干燥機(jī)再生系統(tǒng)、熱回收系統(tǒng)等。每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用不同的工藝流程，而不是相同的流程布局和系統(tǒng)設(shè)置。

2 DCS 概述

DCS（Distributed Control System）是分布式控制系統(tǒng)的縮寫(xiě)，也稱(chēng)為集散控制系統(tǒng)。

1）全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)：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(wú)需多次對(duì)不同層次的數(shù)據(jù)庫(kù)分別組態(tài)。

2）全局在線文檔：幫助用戶(hù)快速訪問(wèn)存有系統(tǒng)資料信息的Knowledge Builder，Knowledge Builder是HTML的文檔資料，為用戶(hù)提供在線幫助和在線技術(shù)支持，避免了用戶(hù)在各處查找大量資料的不便。

3）系統(tǒng)構(gòu)成靈活：DCS系統(tǒng)可以根據(jù)不同的流程應(yīng)用程序進(jìn)行應(yīng)用，組態(tài)軟件可以根據(jù)硬件和軟件配置進(jìn)行使用，從而能夠靈活地實(shí)現(xiàn)企業(yè)所需的控制系統(tǒng)。

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

3 DCS硬件構(gòu)成及其功能簡(jiǎn)述

3.1 C300控制器模塊

C300控制器是Honeywell開(kāi)發(fā)的新一代的基于CEE執(zhí)行環(huán)境的控制器，它包含2個(gè)IOLINK接口，負(fù)責(zé)與IO卡件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，2個(gè)FTE接口連接到交換機(jī)送到過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)，以便上層設(shè)備訪問(wèn)，F(xiàn)TE地址撥碼設(shè)置控制器的地址，電池接口連接后備電池保持?jǐn)嚯姾蟮臄?shù)據(jù)，控制器冗余接口連接兩個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)冗余功能[2]?？刂破鞯墓駜?nèi)電源通過(guò)24V轉(zhuǎn)換電源卡實(shí)現(xiàn)，C300控制器要實(shí)現(xiàn)的功能有上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)訪問(wèn)，2個(gè)IOLINK接口與卡件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)點(diǎn)之間都能夠互相訪問(wèn)。

3.2 C 系列“控制防火墻”

控制防火墻通過(guò)UPLINGK可以連接到Level1或Level2層的交換機(jī)，通常使用光纖連接，單模光纖最遠(yuǎn)的傳輸距離是15km，多模光纖最遠(yuǎn)距離是2km，還可以使用STP連接，5類(lèi)雙絞線100m，而且控制防火墻不能串聯(lián)。

3.3 C 系列I/O卡件

本項(xiàng)目采用的卡件類(lèi)型是霍尼韋爾的C系列的I/O類(lèi)型卡件，C系列的卡件在本項(xiàng)目中的具體應(yīng)用有：模擬量輸入卡的型號(hào)是CC-PAIH01，模擬量輸出卡的型號(hào)是 CC-PAOH01，數(shù)字量輸入卡（24VDC）的型號(hào)是CC-PDIL01，數(shù)字量輸出卡（24VDC）的型號(hào)是CC-PDOB01。

3.4 MTL安全柵

本項(xiàng)目選用MTL公司4000系列安全柵產(chǎn)品，MTO裝置區(qū)為可燃易爆、有毒有害環(huán)境，必須采取隔爆本安措施，而MTL安全柵就是隔爆本安型設(shè)備。

3.5 Experion 服務(wù)器

本項(xiàng)目采用服務(wù)器/客戶(hù)端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器是系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)就在服務(wù)器中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)包括過(guò)程數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等。

Experion PKS系統(tǒng)服務(wù)器采用 DELL的 PE2950 III，CPU：2 Intel Xeon 5150 series，2.83GHz，內(nèi)存 ：2GB，硬盤(pán) ：5 X 73GB RAID 5，配置 17”LCD、1套鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，安裝在服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)。

3.6 Experion 操作站

操作站的類(lèi)型有兩種，分別是FLEX 操作站和Console操作站：FLEX 操作站只要有一條網(wǎng)絡(luò)鏈路，在每個(gè)地方都可以用到。Console操作站則是本項(xiàng)目選用的操作站，此操作站能夠直接與控制器通訊，在服務(wù)器故障的情況下，不影響對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程的控制。Console操作站的過(guò)程數(shù)據(jù)和相關(guān)的警報(bào)和事件直接從控制器讀取，而其他的數(shù)據(jù)信息則直接來(lái)自服務(wù)器。

操作站主機(jī)的硬件采用 Dell T5400，主要配置為：2.33GHz四核，1GB內(nèi)存，160 GB RAID 1硬盤(pán)，CD/DVD RW，10/100/1000 Gigabit 以太網(wǎng)接口，每個(gè)操作站都配備雙20”LCD彩色顯示器、霍尼韋爾專(zhuān)用操作員鍵盤(pán)。

4 DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建

本項(xiàng)目搭建了三層控制網(wǎng)絡(luò)，過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)、高級(jí)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、工廠信息網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)應(yīng)的設(shè)備室現(xiàn)場(chǎng)控制站、遠(yuǎn)程操作站和企業(yè)數(shù)據(jù)管理站?？刂普緞t建設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)柜間，現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的所有儀表信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的機(jī)柜間，聯(lián)合控制室設(shè)有遠(yuǎn)程操作站，而且聯(lián)合控制室與現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)冗余的高速光纖進(jìn)行連接，聯(lián)合控制室再通過(guò)光纖將信號(hào)傳輸?shù)絇MCC企業(yè)數(shù)據(jù)管理站。聯(lián)合控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控、控制。

5 DCS在甲醇制烯烴裝置的應(yīng)用

DCS 控制系統(tǒng)在煤化工行業(yè)的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。它具有良好的穩(wěn)定性、可靠性以及組態(tài)的靈活性等一系列特點(diǎn)。在MTO工業(yè)化的生產(chǎn)中，很多企業(yè)也都采用了DCS控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目 MAV通過(guò) DCS 以及室內(nèi)的控制系統(tǒng)為主的一體化策略[3]。DCS 控制系統(tǒng)以中央控制室為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)裝置的集中控制，而信息則通過(guò)系統(tǒng)接口引入生產(chǎn)調(diào)度中心，監(jiān)控及操作則在聯(lián)合控制室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了各自裝置的集中管理，聯(lián)合控制室 DCS 系統(tǒng)的信息傳送到生產(chǎn)調(diào)度中心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及其操作。

5.1 DCS控制系統(tǒng)的配置原則

本項(xiàng)目采用中央控制室（UCR）和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室（FRR）相互配合的方式。在聯(lián)合控制室完成控制、監(jiān)控、報(bào)警和輸出。生產(chǎn)裝置DCS控制系統(tǒng)的操作站則設(shè)置在中央控制室，控制站則設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)柜間，將信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，現(xiàn)場(chǎng)儀表的機(jī)柜間將信號(hào)傳送到中央控制室，從機(jī)柜間到中央控制室的信號(hào)傳輸采用雙冗余信號(hào)的光纜連接。

DCS系統(tǒng)采用了霍尼韋爾公司最新的Experion PKS-C300型控制器。

5.2 MTO裝置DCS系統(tǒng)的配置方案

DCS系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間具有以下配置原則。

①系統(tǒng)的所有機(jī)柜都安裝在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)柜間里。此外，還有一個(gè)工程師站和一個(gè)操作站也設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)。②通過(guò)OPC服務(wù)器的配置，與其他控制系統(tǒng)的（如PLC）通訊，數(shù)據(jù)收集到DCS系統(tǒng)以后，上傳到中央控制室。③在聯(lián)合控制室內(nèi)，有許多操作站和打印機(jī)用來(lái)完成日常生產(chǎn)控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警和報(bào)表等日常工作。④為了保證數(shù)據(jù)傳輸可靠，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間通過(guò)光纜傳輸?shù)腃ISCO2960交換機(jī)引出2路傳輸?shù)街醒肟刂剖遥硗?臺(tái)交換機(jī)則連接另一路，用于該裝置網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、操作站的連接；將另外一路連接到CISCO3750交換機(jī)上，負(fù)責(zé)上傳數(shù)據(jù)到生產(chǎn)中心和廠調(diào)度中心。

5.3 中央控制室的DCS系統(tǒng)配置方案

其主要功能是用以實(shí)現(xiàn)日常操作及其監(jiān)測(cè)。各生產(chǎn)裝置的運(yùn)行的同時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)使用，集中處理，指揮操作人員。因此，中央聯(lián)合控制室DCS系統(tǒng)的配置如下：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器配置1臺(tái)，通過(guò)DSA組態(tài)，使得每個(gè)生產(chǎn)裝置集中，配置操作員站兩個(gè)，連接到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)中心所有裝置數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

（2）配置1對(duì)CISCO3750交換機(jī)，連接各裝置的DCS系統(tǒng)，負(fù)責(zé)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)，與全廠生產(chǎn)調(diào)度中心連接。

6 結(jié)束語(yǔ)

此MTO裝置采用了DCS控制系統(tǒng)，DCS融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)以及圖像顯示技術(shù)等，以微處理器為核心，各單元在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行集中操作和分散控制，不僅具有高精度性，而且還具備可靠性好和維護(hù)所需工作量少等一系列特點(diǎn)。裝置內(nèi)所有檢測(cè)及過(guò)程控制信號(hào)都將送入DCS系統(tǒng)，并在此進(jìn)行集中監(jiān)視和控制，以保證裝置的平達(dá)到目前穩(wěn)操作和安全生產(chǎn)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置的先進(jìn)水平，從而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、分布式控制，運(yùn)行平穩(wěn)，安全生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，降低能源消耗，從而工廠實(shí)現(xiàn)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”的生產(chǎn)操作水平，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，而且增強(qiáng)了企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 周靜，楊艷，蔣吉強(qiáng)，等.DCS 系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)回顧與展望[J].石油與天然氣化工，2010，（s1）：62-65.

[2] 陳華樁.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與 DCS 系統(tǒng)的開(kāi)放性[J].精密制造與自動(dòng)化，2011，（1）：43-47.

[3] 李俊杰，劉永健，崔玉華，等.神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目自控系統(tǒng)解決方案[J].化工進(jìn)展，2012，（s1）：286-297.

Application of DCS Control System in MTO Device

Xu Hong-yu，Jiang Jie

Distributed control system（DCS）is a kind of control technology，which integrates computer technology，communication technology，control technology and display technology.It has been widely used in chemical production.This paper briefly describes the flow of MTO device，summarizes the DCS control system，and summarizes the application of DCS control system in MTO device.

MTO；DCS；control system

TP237

B

1003-6490（2017）12-0246-02

2017-10-15

許宏瑜（1983—），男，吉林四平人，助理工程師，主要研究方向?yàn)閮x表控制系統(tǒng)。