催化裝置控制室及監(jiān)控系統(tǒng)整改完善方案

薛有才 薛二杰 劉冠軍

一、控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

鄭州化工總廠催化裝置目前共有5套監(jiān)控系統(tǒng)。主要有：催化主裝置（含余熱鍋爐系統(tǒng)）采用的是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的TPS300系統(tǒng)、裝置聯(lián)鎖采用的是荊州聯(lián)眾生產(chǎn)的程控自保儀QBC、火炬采用的是上海玖益生產(chǎn)的自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)、氣壓機(jī)、主風(fēng)機(jī)組采用的是和利時(shí)生產(chǎn)的MACC系統(tǒng)、機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)S800，酸性氣回收裝置采用的是西門子S7-300系統(tǒng)、煙氣脫硝脫硫?qū)嶒?yàn)裝置采用的是和利時(shí)MACC系統(tǒng)、可燃?xì)怏w報(bào)警采用的是濮陽卓奧生產(chǎn)的ZA系統(tǒng)，化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)傳送采用的是LIMS系統(tǒng)，視頻監(jiān)控采用的是濮陽市中藝生產(chǎn)的VGA視頻監(jiān)控系統(tǒng)?？刂剖壹安糠窒到y(tǒng)存在以下問題：

1、機(jī)柜式不封閉，容易積灰，板卡、線纜端子易腐蝕。

石油化工總廠現(xiàn)有操作室基本上是利舊原常規(guī)盤裝儀表控制室簡(jiǎn)單改造而成，結(jié)構(gòu)、布局不符合現(xiàn)有控制室設(shè)計(jì)規(guī)定（HG/T20508-2000）?；覊m、腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入，導(dǎo)致控制系統(tǒng)板卡積灰、腐蝕，，減少使用壽命，引發(fā)故障。

2、操作站（工程師站、其它站臺(tái)）外觀不統(tǒng)一，室內(nèi)擺放雜亂。

不同時(shí)期、不同生產(chǎn)廠家、不同品牌監(jiān)控系統(tǒng)匯集在一起，形成了外形尺寸、樣式、色標(biāo)不一，信號(hào)線、視頻線、電源線、數(shù)據(jù)線相互交叉。既不整齊美觀，又不便維修，并且易發(fā)故障。

3、主裝置儀表存在隱患，板卡、端子無余量，新增點(diǎn)數(shù)無法接入。催化主裝置采用的是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的TPS系統(tǒng)，已連續(xù)運(yùn)行十七年，機(jī)柜、板卡、通道沒有余量，通訊故障時(shí)有發(fā)生，NIM（數(shù)據(jù)模塊）經(jīng)常掛不上，系統(tǒng)冗余性差，一旦出現(xiàn)致命故障，將影響裝置正常生產(chǎn)。新增（余熱鍋爐）技改I/O點(diǎn)數(shù)也無法接入，損壞通道越來越多，板卡購(gòu)置費(fèi)用較高，無備件。機(jī)柜內(nèi)齊納式安全柵已老化、淘汰，起不到防浪涌、雷電作用。

4、安全系統(tǒng)不符合現(xiàn)有規(guī)范，起不到安全防范作用。

催化主裝置緊急停車系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行十七年，軟件版本低，無冗余配置，不符合GB/T50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》及[2013]178號(hào)《中國(guó)石化儀表聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)管理規(guī)定》。

5、輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)硬件軟件非主流產(chǎn)品，軟、硬件設(shè)施老化，自行組態(tài)難，通訊接口不規(guī)范。

二、整改完善方案

1、對(duì)操作室西側(cè)、東側(cè)兩個(gè)機(jī)柜間北側(cè)窗戶封閉，減少塵土、腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入。對(duì)機(jī)柜間清掃除塵，防靜電地板局部更新、加固。

2、對(duì)東側(cè)機(jī)柜室部分機(jī)柜進(jìn)行拆除整合。將老氣壓機(jī)保留的二面機(jī)柜拆除，在用信號(hào)線纜移入新機(jī)柜。將酸性氣回收兩面機(jī)柜合并為一面機(jī)柜，款式與主流機(jī)柜統(tǒng)一。

3、拆除主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)遺留操作臺(tái)。對(duì)控制室內(nèi)不同生產(chǎn)廠家的各年代不同品牌相對(duì)統(tǒng)一，方便操作，減少維修費(fèi)用。將15套操作臺(tái)（其中：可利舊5臺(tái)），尺寸、樣式、色標(biāo)統(tǒng)一品牌。

4、將催化視頻系統(tǒng)由一體式改為分體式，在東側(cè)機(jī)柜室新上一面機(jī)柜，信號(hào)線纜由控制室移入機(jī)柜，操作臺(tái)統(tǒng)一款式，保留其余配置。

5、安全連鎖系統(tǒng)升級(jí)更新

（1）、系統(tǒng)配置方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

硬件基于完全三重化（TMR）結(jié)構(gòu)、組態(tài)軟件滿足 IEC61508及IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)要求的安全儀表（SIS）系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件、軟件均通過德國(guó)TUV 萊茵SIL3認(rèn)證。

三重化的AI和DI模塊分別通過端子模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，并將結(jié)果送給各自對(duì)應(yīng)控制器。三重化的控制器交換輸入數(shù)據(jù)并分別進(jìn)行2oo3表決，然后使用表決后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行運(yùn)算。三重化的控制器再次交換運(yùn)算結(jié)果，并再次分別進(jìn)行2oo3表決。表決結(jié)果被分別輸出到三重化的DO模塊。DO模塊三重化的通道再次進(jìn)行2oo3表決后，通過端子模塊輸出到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備。

控制器三重化配置，三重化的控制器為三個(gè)獨(dú)立的模塊，并同步運(yùn)行；I/O通道三重化配置，三重化的I/O通道物理上在一個(gè)模塊中。三重化的控制器之間采用安全通訊協(xié)議交換數(shù)據(jù)，每系控制器與本系的I/O模塊之間同樣采用安全通訊協(xié)議交換數(shù)據(jù)，以使IEC61508對(duì)通訊鏈路的安全要求。

（2）、編程軟件

安全儀表系統(tǒng)的控制邏輯組態(tài)軟件，專門為工業(yè)安全儀表系統(tǒng)而自主研發(fā)的工業(yè)控制策略組態(tài)軟件，滿足IEC61508對(duì)T3工具要求并通過了TUV萊茵SIL3認(rèn)證。

軟件運(yùn)行于安全工程師站，給用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的界面，具備在線仿真修改和強(qiáng)制功能。

（3）、操作員站（兼工程師站）

該系統(tǒng)配置1臺(tái)獨(dú)立的操作員站（兼工程師站），操作員站可查詢SIS系統(tǒng)的過程信息、設(shè)備信息和報(bào)警信息，并能夠直觀監(jiān)視保護(hù)邏輯的輸入輸出狀態(tài)。

工程師站（授權(quán)具有軟件編程組態(tài)，邏輯修改，在線監(jiān)視等功能。作為SOE站，用于在線記錄系統(tǒng)的各類報(bào)警及動(dòng)作事件，存入硬盤，供查詢、追溯和打印。報(bào)警及停機(jī)事件的記錄包含時(shí)間標(biāo)記，并按事件發(fā)生時(shí)間記錄。順序事件記錄的時(shí)間分辨率為1毫秒。

順序事件記錄站能分別記錄各控制器的報(bào)警及動(dòng)作事件。操作事件記錄的功能和追溯方法：按時(shí)間標(biāo)記記錄，根據(jù)發(fā)生的順序進(jìn)行分析，找出事故原因。

（4）、輔助操作臺(tái)

設(shè)輔助操作臺(tái)1個(gè)，用于安裝各類緊急啟停按鈕及設(shè)施。

6、催化裝置TPS系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造

催化裝置TPS系統(tǒng)現(xiàn)有4臺(tái)操作站，控制系統(tǒng)、控制器時(shí)常出現(xiàn)故障，無備品備件。近幾年操作站頻率死機(jī)，給安全生產(chǎn)帶來極大的影響，系統(tǒng)硬件老化，可靠性降低；部分卡件上壞通道太多，最嚴(yán)重者達(dá)到40%以上，致使部分控制回路無法使用，系統(tǒng)安全冗余已逐年降低，直接威脅到催化裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

（1）、將霍尼韋爾公司的TPS控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造，配置4臺(tái)操作員站，其中1臺(tái)兼做工程師站。

（2）、余熱鍋爐（含新增回路）并入新系統(tǒng)。

（3）、可燃?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)并入新系統(tǒng)。可燃?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)已連續(xù)不間斷運(yùn)行了7年，系統(tǒng)軟件組態(tài)難，硬件老化現(xiàn)象嚴(yán)重，可靠性降低；數(shù)采部分故障頻繁，現(xiàn)場(chǎng)儀表損壞率高，存在嚴(yán)重的安全隱患。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，相關(guān)備品備件已嚴(yán)重不足。

（4）、火炬點(diǎn)火系統(tǒng)并入新系統(tǒng)。

催化火炬自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，已連續(xù)不間斷運(yùn)行了10年時(shí)間，系統(tǒng)系統(tǒng)軟件組態(tài)難，硬件老化現(xiàn)象嚴(yán)重，可靠性降低；由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，相關(guān)備品備件已嚴(yán)重不足。

（5）、更新兩器部分?jǐn)?shù)字量變送器。

三.整改完善后的預(yù)期效果

1、催化裝置工藝技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行條件荷刻，測(cè)控點(diǎn)較多，控制回路復(fù)雜。國(guó)產(chǎn)后，將徹底解決目前存在的通訊不暢、數(shù)據(jù)丟失等隱患，控制方案將得到優(yōu)化，進(jìn)一步提高裝置的自控率，尤其是提高反應(yīng)-再生兩大系統(tǒng)自動(dòng)平衡控制水平。不僅對(duì)工藝操作提供方便，而且對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，更好的控制好產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益起到更大作用。

2、儀表安全系統(tǒng)獨(dú)立在DCS控制系統(tǒng)之外，且提高了安全級(jí)別。在裝置安全運(yùn)行的時(shí)候，機(jī)械制動(dòng)與安全儀表控制系統(tǒng)是靜態(tài)化的，不需要人為干預(yù)，同時(shí)其凌駕于DCS系統(tǒng)之上，成為獨(dú)立的安全保護(hù)系統(tǒng)。這樣的安全系統(tǒng)保持一種在線狀態(tài)，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)異常則會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)發(fā)出保護(hù)信號(hào)，在系統(tǒng)控制范圍內(nèi)作出及時(shí)響應(yīng)，從而保證裝置在故障中停車、確保裝置和人身安全。

3、完善后的控制室可逐步實(shí)現(xiàn)各單元之間的生產(chǎn)監(jiān)視、控制，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一共享。為集中控制系統(tǒng)預(yù)留接口，為不同廠家預(yù)留系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊接口，并預(yù)留操作位置。接地系統(tǒng)、安全防護(hù)設(shè)施（如防雷、防浪涌）將得到完善。為裝置后期的系統(tǒng)擴(kuò)容、新上系統(tǒng)（產(chǎn)品線）備有空間

4、控制室內(nèi)操作臺(tái)、機(jī)柜統(tǒng)一外觀，室內(nèi)布局會(huì)更加整齊、美觀。為職工創(chuàng)造一個(gè)舒適的工作環(huán)境，為總廠增加一個(gè)較為規(guī)范的形象窗口。

四、投資預(yù)算

1、操作臺(tái)（含顯示器）10套，機(jī)柜2面完善：投資預(yù)算6.8萬元。

2、安全視頻整改完善：投資預(yù)算0.82萬元。

3、裝置控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化：投資預(yù)算205萬元。

4、更新兩器部分?jǐn)?shù)字化變送器25萬元。

5、聯(lián)鎖系統(tǒng)更新：投資預(yù)算75萬元。

6、其它（施工費(fèi)）：投資預(yù)算5萬元。

（作者單位：鄭州宏業(yè)工控科技有限公司）