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杭州和利時自動化有限公司 化工系統(tǒng)部部長  高級項目經(jīng)理 周劍 從事工業(yè)自動化技術(shù)和產(chǎn)品的設計、開發(fā)及和工程項目的實施與管理工作。

　　一、和利時在石化行業(yè)提供的主要產(chǎn)品有哪幾類？有哪些優(yōu)勢？

　　目前，杭州和利時自動化有限公司提供面向石化行業(yè)的DCS產(chǎn)品為HOLLiAS MACS 系列分布式控制系統(tǒng)。主要分為以下兩種型號：

　　(1) HOLLiAS MACS-F系統(tǒng)：規(guī)模上適合于中大型項目（2萬個物理點以內(nèi)）；

　　(2) HOLLiAS MACS-S系統(tǒng)：規(guī)模上適合于大型或超大型項目（10萬個物理點以內(nèi)）。

　　HOLLiAS MACS系統(tǒng)是和利時公司在總結(jié)十多年用戶需求和行業(yè)的應用特點、積累三代DCS系統(tǒng)開發(fā)應用的基礎(chǔ)上，全面繼承以往系統(tǒng)的高可靠性和方便性，綜合自身核心技術(shù)與國際先進技術(shù)而推出的第四代DCS。已成功的為催化裂化、常減壓、聚乙烯、加氫精制、瀝青、延遲焦化、制氫、酮苯脫臘、硫磺回收等工藝提供控制解決方案。

　　HOLLiAS MACS系統(tǒng)同時充分體現(xiàn)了國際上DCS系統(tǒng)的最新發(fā)展特點：

　　★開放化：DCS已經(jīng)不是一個封閉的系統(tǒng)。MACS系列可以方便的通過組態(tài)直接無縫集成第三方系統(tǒng)和設備，無需更改系統(tǒng)程序。

　　·提供OPC/DDE/ODBC等軟件標準接口，可與第三方的應用程序之間直接進行數(shù)據(jù)交換。

　　·支持PROFIBUS/HART/MODBUS等國際上常用現(xiàn)場總線，可以方便添加第三方設備，如智能儀表、PLC和變頻器。

　　★信息化：DCS已經(jīng)超越一個傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的定位。MACS系列有機集成了工廠與過程管理來大幅度提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　·可無縫集成制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)控制信息與生產(chǎn)管理信息的有機集成。

　　·可無縫集成設備管理功能（AMS），實現(xiàn)工廠設備的全電子化信息管理和維護。

　　·可連接常見企業(yè)管理系統(tǒng)（ERP），讓現(xiàn)場控制層成為企業(yè)管理可透明覆蓋的范圍。

　　·可支持基于Internet的遠程訪問和瀏覽，即使身處異地，過程信息也可時時掌握。

　　★智能化：DCS各子部件都已智能化。MACS系列的各部件之間通過全數(shù)字信息進行協(xié)調(diào)控制。

　　·每個I/O都配備CPU芯片，實現(xiàn)I/O通道級故障診斷。

　　·各個部件都可以實現(xiàn)自診斷，自動報警。

　　·小型化：DCS的小型化是大勢所趨。MACS系列采用低功耗設計，大大推進了系統(tǒng)的小型化。

　　·主控制器典型功耗為6W左右，無需任何風扇散熱，體積減小到三代進口DCS主控的十幾分之一。

　　·I/O模塊典型自身功耗為2W左右，體積大幅度縮小，可靠性進一步提高。

　　★高可靠：DCS的設計理念向安全系統(tǒng)靠攏。MACS系列廣泛采用了在安全保護系統(tǒng)中才使用的技術(shù)和器件。

　　·采用確定性實時的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，無論通訊負荷如何變化，無任何數(shù)據(jù)碰撞，確保系統(tǒng)網(wǎng)絡的可靠性。

　　·采用信息冗余技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯。

　　·采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，確保阻斷非法數(shù)據(jù)訪問。

　　·采用故障-安全（Fail-safe）設計技術(shù)，確保通道故障時停留在安全態(tài)。

　　·采用國際安全編碼標準進行軟件開發(fā)。

　　·軟件測試代碼覆蓋率達到100%。

　　·大幅度提高系統(tǒng)的自診斷覆蓋率。

　　二、石化行業(yè)存在著十分突出的安全隱患，和利時能提供什么方案來避免和解決這類問題？

　　石化行業(yè)具有高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易腐蝕等特點，在企業(yè)內(nèi)不同的原材料和產(chǎn)品又分別又程度不同的危害。與其它行業(yè)相比，石油和化工行業(yè)生成潛在的不安全因素更多，危險性和危害性更大。因此石化行業(yè)更強調(diào)系統(tǒng)的安全性和高可靠性。

　　我們從以下幾個方面來增強系統(tǒng)的安全性和可靠性，避免安全隱患的發(fā)生：

　　★先進的控制器系統(tǒng)

　　和利時公司完全自主研發(fā)，具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的“大型綜合自動化控制系統(tǒng)（HOLLiAS-MACS）系統(tǒng)”，運用了網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、控制技術(shù)、模塊化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等先進技術(shù)，統(tǒng)一了生產(chǎn)制造和工藝過程技術(shù)，解決了數(shù)據(jù)管理、配置編程、通訊等集成化的問題，強化現(xiàn)場總線，打破控制領(lǐng)域的界限。系統(tǒng)的可靠性、冗余性、先進性、可維護性、開放性等方面均達到了較高水平，適用于干擾嚴重的中國工控現(xiàn)場，達到了國際先進水平，產(chǎn)品具有較高的靈活性，滿足了大、中型企業(yè)對DCS系統(tǒng)的應用要求。

　　系統(tǒng)采用了容錯設計，高可靠性的器件、工藝，帶校驗的內(nèi)存，抗振，熱設計，降額設計等環(huán)節(jié)和手段，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。

　　★穩(wěn)定的系統(tǒng)網(wǎng)絡

　　對于單個工程：實時數(shù)據(jù)使用對等網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，每臺機器上都運行實時數(shù)據(jù)庫，由于數(shù)據(jù)都來自控制器，所以數(shù)據(jù)一致性得到保證，由于控制器端的緩沖機制，數(shù)據(jù)同步得到保證，優(yōu)點是任意一臺操作員站發(fā)生故障，都不會影響其它操作員站的正常工作；歷史數(shù)據(jù)可以配備歷史站，操作員站可以兼做歷史站，歷史趨勢日志數(shù)據(jù)在歷史站中保存，有效地分擔了數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡的負荷。

　　多個工程采用域結(jié)構(gòu)。可以根據(jù)對象的位置、范圍、功能和操作特點等，把整個控制系統(tǒng)用高速實時冗余網(wǎng)絡分成若干相對獨立的分系統(tǒng)，一個分系統(tǒng)構(gòu)成一個域，并且各個域之間可以通過標準的協(xié)議或中間件進行數(shù)據(jù)交換。這種體系結(jié)構(gòu)既可以根據(jù)現(xiàn)實情況靈活配置工程，又便于擴展改造。并且平臺開放，具有集成異構(gòu)系統(tǒng)的能力。

　　★隔離技術(shù)

　　·系統(tǒng)總線和模塊之間采用光電隔離

　　·系統(tǒng)電源和模塊電源之間采用DC/DC隔離

　　·網(wǎng)絡具有物理層和協(xié)議層雙重隔離

　　·全系列模塊的各個通道之間完全電氣隔離，獨立A/D

　　★冗余技術(shù)

　　·網(wǎng)絡冗余

　　·電源冗余

　　電源均流冗余，采用分布式、散熱性好、安全且易維護。

　　·控制器冗余

　　·IO卡件冗余

　　·DP總線冗余

　　·背板內(nèi)部電路冗余

　　★豐富的自診斷

　　系統(tǒng)對設備（包括卡件）進行自診斷，并在發(fā)生故障時給出指示，使運行人員能立即確定故障部位，并更換設備。

　　·設備診斷

　　·包括電源、模塊、通道診斷。

　　·歷史站診斷

　　·實時站診斷

　　·操作站診斷

　　·網(wǎng)絡診斷

　　★操作安全

　　·分權(quán)限操作，分工段操作，相互合作，互不影響；

　　·操作員站在線系統(tǒng)運行后，可以使用普通鍵盤進行安全的操作當操作員站在線運行起來后，如果不是工程師級別，則鎖定系統(tǒng)鍵。

　　·充分檢查數(shù)據(jù)輸入的合法性、合理性，最大限度的減少人為錯誤；

　　★防病毒

　　·采用和利時專用的HSIE（和利時工業(yè)以太網(wǎng)），保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡的安全性

　　·控制器內(nèi)置軟件防火墻

　　·系統(tǒng)配置防病毒軟件，有效防止病毒攻擊

　　三、工業(yè)無線技術(shù)正被石化行業(yè)用戶所關(guān)注，和利時在這方面有什么優(yōu)勢或能提供什么方案嗎？

　　工業(yè)無線技術(shù)是本世紀初新興的，一種面向設備間信息交互的無線通信技術(shù)，是對現(xiàn)有工業(yè)通信技術(shù)在工業(yè)應用方向上的功能擴展和提升，將引發(fā)傳統(tǒng)工業(yè)測控模式的變革，引領(lǐng)工業(yè)自動化系統(tǒng)向著低成本、高可靠、高靈活的方向發(fā)展。歐美等國政府多次在發(fā)展規(guī)劃中指出，工業(yè)無線技術(shù)將在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高能源效率等方面發(fā)揮重要作用。美國能源部還將工業(yè)無線技術(shù)列為實現(xiàn)到2020年美國工業(yè)整體能耗降低5％目標的主要技術(shù)手段之一。

　　國際上工業(yè)無線技術(shù)的國際標準有WirelessHART（HART基金會）、ISA 100.11a（ISA）、WIA-PA（中國）三種。

　　★WirelessHART

　　WirelessHART通訊協(xié)議是2007年9月由HART通訊基金會發(fā)布，它是第一個專門為過程工業(yè)而設計的開放的可互操作的無線通訊標準，滿足了工業(yè)工廠對于可靠、強勁、安全的無線通訊方式的迫切需求。除了保持現(xiàn)有HART設備、命令和工具的能力，它增加了HART協(xié)議的無線能力。每個WirelessHART網(wǎng)絡包括三個主要組成部分：連接到過程或工廠設備的無線現(xiàn)場設備；使這些設備與連接到高速背板的主機應用程序或其他現(xiàn)有廠級通信網(wǎng)絡能通信的網(wǎng)關(guān)；負責配置網(wǎng)絡、調(diào)度設備間通信、管理報文路由和監(jiān)視網(wǎng)絡健康的網(wǎng)管軟件。網(wǎng)管軟件能和網(wǎng)關(guān)、主機應用程序或過程自動化控制器集成到一起。

　　★ISA100.11a

　　ISA-100標準定義的工業(yè)無線設備包括：傳感器、執(zhí)行器、無線手持設備等現(xiàn)場自動化設備。主要內(nèi)容包括工業(yè)無線的網(wǎng)絡構(gòu)架、共存性、魯棒性以及與有線現(xiàn)場網(wǎng)絡的互操作性等。ISA-100.11a是第一個開放的、面向多種工業(yè)應用的標準族，其版本1的主要特征：提供過程工業(yè)應用服務，包括工廠自動化；在工廠內(nèi)/工廠附近使用；全球部署；提供等級1(非關(guān)鍵)到等級5的應用，例如：監(jiān)控；保證不同廠家設備的互操作性；物理層只包括IEEE 802.15.4-2006的2.4 GHz頻段；在后續(xù)版本將推薦可選的其他物理層；提供一個全面的共存策略；跳信道的方式支持共存和增加可靠性；使用一個簡單的應用層提供本地和隧道協(xié)議，以實現(xiàn)廣泛的可用性；針對IEEE 802.15.4-2006 安全的主要工業(yè)威脅，提供簡單、靈活、可選的安全方法；現(xiàn)場設備具有支持網(wǎng)狀和星型結(jié)構(gòu)的能力。

　　★中國的WIA-PA標準

　　工業(yè)無線網(wǎng)絡WIA技術(shù)基于短程無線通信IEEE 802.15.4標準，使用符合中國無線委會規(guī)定的自由頻帶，解決工廠環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足工業(yè)應用需求的高可靠、實時無線通信服務。

　　通過使用工業(yè)無線網(wǎng)絡WIA技術(shù)，用戶可以以較低的投資和使用成本實現(xiàn)對工業(yè)全流程的"泛在感知"，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實施優(yōu)化控制，來達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標。

　　WIA網(wǎng)絡采用星型和Mesh結(jié)合的兩層網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。第一層是Mesh結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)關(guān)設備及路由設備構(gòu)成；第二層是星型結(jié)構(gòu)，由路由設備及終端設備或手持設備構(gòu)成。

　　網(wǎng)關(guān)：負責WIA網(wǎng)絡與工廠內(nèi)的其它網(wǎng)絡的協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)映射；

　　冗余網(wǎng)關(guān)：負責網(wǎng)關(guān)的熱備份；

　　網(wǎng)絡管理者：負責構(gòu)建由路由設備構(gòu)成的Mesh網(wǎng)絡；監(jiān)測全網(wǎng)性能；

　　安全管理者：負責路由設備及終端設備的密鑰管理與安全認證；

　　WIA網(wǎng)絡的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)遵循ISO/OSI的層次結(jié)構(gòu)，但只定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、應用層。

　　WIA協(xié)議棧由協(xié)議層實體，包括數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、應用層（由應用支持子層、用戶應用進程、設備管理應用進程構(gòu)成）、功能模塊及層實體間的數(shù)據(jù)接口和管理接口構(gòu)成。數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和應用支持子層包含的功能模塊有：數(shù)據(jù)實體和管理實體。用戶應用進程包含的功能模塊是多個用戶應用對象。設備管理應用進程包含的功能模塊有：設備管理模塊、網(wǎng)絡管理模塊、安全管理模塊、網(wǎng)絡管理代理模塊、安全管理代理模塊、管理信息庫。

　　無線傳輸目前尚處在發(fā)展的早期階段，無線技術(shù)首先會在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監(jiān)控等領(lǐng)域得到應用。當前較適宜應用的行業(yè)有汽車制造、食品加工、制藥和設備資產(chǎn)跟蹤等。由于工廠無線技術(shù)種類較多，技術(shù)特征差異比較大，無線通信只是現(xiàn)有有線通信系統(tǒng)的一種發(fā)展和重要補充，絕非一種替代，工業(yè)控制網(wǎng)絡將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展。

　　和利時公司有一支充滿活力和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)人才隊伍，密切關(guān)注工業(yè)自動化領(lǐng)域的前沿熱點工業(yè)無線技術(shù)，致力于研制一種既兼容無線HART標準，支持HART命令和網(wǎng)內(nèi)報文聚合，容易升級傳統(tǒng)儀表，有效降低網(wǎng)絡開銷，又兼容IEEE802.15.4標準，可以使用現(xiàn)有商用器件，易于實現(xiàn)，采用分層組織模式，對網(wǎng)絡拓撲的維護更加靈活，具有自適應的跳頻模式與自動重傳機制，通過可靠性更強的無線傳輸技術(shù)，引領(lǐng)工業(yè)自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

  　四、典型案例

　　和利時公司DCS系統(tǒng)——HOLLiAS MACS系統(tǒng)在中石化青島石化加工高酸原油適應性改造項目上的應用

　　2009年5月份利時公司成功中標了中國石化青島石油化工有限責任公司加工高酸原油適應性改造項目。這是中國石化集團公司在大型石油煉制聯(lián)合裝置項目上解放思想，開放觀念，在整個全廠的關(guān)鍵設備——自動控制系統(tǒng)上大膽嘗試使用國產(chǎn)系統(tǒng)，又一次打破了中國石化集團公司在大型石油煉制聯(lián)合裝置項目全部采用進口DCS系統(tǒng)的慣例，在全廠關(guān)鍵設備國產(chǎn)化進程中前進了一大步，并且取得了非常良好的效果。

　　在2009年4月份，中國石化股份公司本著實事求是、認真扎實的工作態(tài)度，以及對事業(yè)的高度使命感，對利時公司進行了詳盡、細致的系統(tǒng)測試與實地考察，由中國石化股份公司組織了中石化所屬的4家設計院、4家大型石化企業(yè)的相關(guān)技術(shù)專家對和利時公司的產(chǎn)品進行了詳盡的、苛刻的、系統(tǒng)和較為全面的測試，共進行了8大項30多小項的系統(tǒng)測試，測試結(jié)果均合格。并且，中國石化公司對和利時公司的全過程質(zhì)量保證和全生命周期質(zhì)量控制體系進行了檢查，對和利時公司在產(chǎn)品生產(chǎn)、項目執(zhí)行過程中流程化、規(guī)范化的控制和管理體系給出了高度評價。

　　中國石化股份公司經(jīng)過了對和利時公司詳盡細致的系統(tǒng)測試與實地考察，最終給予和利時公司高度認可，充分體現(xiàn)了中國石化股份公司對企業(yè)用戶的高度責任感和求真務實的工作作風以及對國產(chǎn)化系統(tǒng)的大力推進，并且在項目實施過程中，中國石化集團總部和青島石化用戶以及設計院等給與了和利時公司大力支持，使得和利時公司能在如此短的工期內(nèi)和多達6套裝聯(lián)合置改造的情況下，順利地實施此項目。

　　此項目包括：500萬噸/年常減壓裝置改造、1.5×104m3n/h制氫裝置、160萬噸/年延遲焦化裝置、100萬噸/年汽柴油加氫精制裝置、60萬噸年催化汽油選擇性加氫脫硫、2×104t/a硫磺回收及溶劑再生裝置。這六套裝置為相對獨立又相互聯(lián)系的系統(tǒng)，各種相對獨立的進行系統(tǒng)維護與管理，在整體上又被連接成為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，全部的監(jiān)視和控制操作均在在中央控制室內(nèi)完成，在現(xiàn)場不再設置操作室，只備留巡檢室。

　　另外，本項目中，DCS系統(tǒng)還與SIS、一些智能儀表、溫度采集器等等互聯(lián)，以及與全廠數(shù)字管理系統(tǒng)通信，并通過全部數(shù)據(jù)的OPC接口，其通訊協(xié)議與規(guī)約各不相同，互聯(lián)設備品牌型號眾多，通訊網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜，對通訊穩(wěn)定性要求非常高。但是，在中國石化集團總部及青島石油化工有限責任公司的精心組織與大力協(xié)調(diào)下，和利時公司出色的完成了這項對DCS系統(tǒng)技術(shù)要求高，對現(xiàn)場調(diào)試人員水平要求高的工作。

　　截止2009年12月，常減壓裝置已經(jīng)成功的投用了2個月。延遲焦化裝置和汽柴油加氫精制裝置已經(jīng)試運行1個多月。其他幾個裝置也已經(jīng)進入水運與試車階段。項目進展非常順利，和利時的DCS系統(tǒng)優(yōu)異的性能與出色的表現(xiàn)、以及和利時現(xiàn)場調(diào)試工程師專業(yè)的水平與良好的服務贏得了用戶高度的好評。

　　此項目的成功實施，再次標志著中國石化集團在推進國產(chǎn)化控制系統(tǒng)的道路上又邁出了非常堅實的一步，加大和加快了控制系統(tǒng)國產(chǎn)化的力度及速度，進一步提高了控制系統(tǒng)在大型石化主裝置項目上的國產(chǎn)化率，為我國自動化事業(yè)國產(chǎn)化的發(fā)展具有著積極和里程碑的意義。