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摘   要：簡(jiǎn)單介紹了神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目中應(yīng)用的霍尼韋爾公司的DCS、SIS、CCTV等主要產(chǎn)生監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及各系統(tǒng)間的集成。并介紹了生產(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。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

1 引言

神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目，于2006年12月獲得國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)，總投資165億元，是迄今為止經(jīng)國(guó)家核準(zhǔn)的唯一的煤制烯烴項(xiàng)目，也是世界首套煤制烯烴工業(yè)化生產(chǎn)示范基地。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：180萬(wàn)噸/年煤制甲醇、60萬(wàn)噸/年甲醇制烯烴、30萬(wàn)噸/年聚乙烯、30萬(wàn)噸/年聚丙烯、4套6萬(wàn)立方米/小時(shí)空分制氧、3套480噸/小時(shí)蒸發(fā)量的熱電站以及輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程等。核心技術(shù)采用國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)，其他主要工藝裝置均采用世界先進(jìn)的煤化工/石油化工技術(shù)，包括GE水煤漿氣化技術(shù)、德國(guó)林德公司低溫甲醇洗技術(shù)、英國(guó)DAVY公司甲醇合成技術(shù)、美國(guó)DOW公司聚丙烯技術(shù)、美國(guó)UNIVATION公司聚乙烯技術(shù)等。

2 主自動(dòng)化控制系統(tǒng)采購(gòu)原則

為了確保系統(tǒng)的完整性、協(xié)調(diào)性和工程進(jìn)度，本項(xiàng)目控制系統(tǒng)的采購(gòu)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(gòu)合同。最終霍尼韋爾公司中標(biāo)。

MAV的供貨范圍包括DCS、SIS、GDS、工業(yè)CCTV、DLP大屏幕顯示系統(tǒng)以及相關(guān)的安全柵、機(jī)柜和就地控制室儀表盤(pán)等。


3 各控制子系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 DCS系統(tǒng)

3.1.1 DCS系統(tǒng)配置原則

本項(xiàng)目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室（FRR）結(jié)合的配置方式。原則上生產(chǎn)裝置的DCS控制系統(tǒng)的操作站設(shè)置在相應(yīng)的聯(lián)合控制室，控制站設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，所有現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)傳到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，再?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室傳到聯(lián)合控制室，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室到聯(lián)合控制室的信號(hào)采用雙冗余光纜連接。在聯(lián)合控制室進(jìn)行全部的控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警及報(bào)表等操作。

由于各裝置的建設(shè)進(jìn)度不一樣。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生產(chǎn)裝置的DCS系統(tǒng)都配置成獨(dú)立的、完整的系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的Experion PKS-C300控制器。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：

3.1.2 單套裝置DCS系統(tǒng)的配置方案

針對(duì)具有現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室的裝置，DCS系統(tǒng)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(chǎng)機(jī)柜室，另外在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)設(shè)有工程師站、開(kāi)停工用的操作站。

2）通過(guò)配置OPC服務(wù)器或串口服務(wù)器，與裝置的其它控制系統(tǒng)（如機(jī)組PLC、裝置的先進(jìn)控制系統(tǒng)等）進(jìn)行通訊，將數(shù)據(jù)采集進(jìn)DCS系統(tǒng)后，統(tǒng)一上傳至聯(lián)合控制室，以及全廠生產(chǎn)調(diào)度中心。

3）在聯(lián)合控制室內(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(cè)、報(bào)警及報(bào)表輸出等操作。

4）為了保證數(shù)據(jù)的傳遞速度，從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室的CISCO2960交換機(jī)引出2路通過(guò)光纜連到聯(lián)合控制室，其中1路連接另1臺(tái)CISCO2960交換機(jī)，用于本裝置操作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的連接；另1路連接到CISCO3750交換機(jī)，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，供生產(chǎn)中心和總廠調(diào)度指揮中心使用。

3.1.3 聯(lián)合控制室DCS系統(tǒng)的配置方案

聯(lián)合控制室主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)裝置的日常監(jiān)控、操作，以及作為生產(chǎn)中心的調(diào)度室，負(fù)責(zé)對(duì)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)、指揮生產(chǎn)。因此聯(lián)合控制室DCS系統(tǒng)的配置原則如下：

1）配置1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)DSA組態(tài)，將各裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都集中過(guò)來(lái)，配置2臺(tái)調(diào)度員操作站，連接到這臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)對(duì)中心的所有裝置進(jìn)行監(jiān)視。

2）配置1對(duì)CISCO3750交換機(jī)，用于連接各裝置的DCS系統(tǒng)，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。

聯(lián)合控制室及某2套裝置DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (B裝置簡(jiǎn)略) 如下



3.2 SIS系統(tǒng)配置方案

1）SIS系統(tǒng)采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。HSMS采用SM-2004D配置：冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN19250標(biāo)準(zhǔn)，SM-2004D配置符合TUV AK6級(jí)及IEC 61508 SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證。
這種兩套完全平行運(yùn)行、完全冗余的系統(tǒng)能對(duì)單系統(tǒng)容錯(cuò)。



2）每套生產(chǎn)裝置的SIS系統(tǒng)都配置成獨(dú)立的、完整的系統(tǒng)。而且對(duì)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)系列配獨(dú)立的控制器。

3）由于本項(xiàng)目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室（FRR）結(jié)合的配置方式，正常生產(chǎn)時(shí)操作員都在聯(lián)合控制室，因此生產(chǎn)裝置SIS系統(tǒng)的輔助操作臺(tái)設(shè)置在相應(yīng)的聯(lián)合控制室，而SIS系統(tǒng)控制器設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室。

4）對(duì)于離聯(lián)合控制室較遠(yuǎn)的裝置，從輔操臺(tái)到SIS系統(tǒng)的控制器無(wú)法用硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠傳送，因此在聯(lián)合控制室設(shè)置了1臺(tái)SIS遠(yuǎn)程控制器，輔操臺(tái)上的信號(hào)先通過(guò)硬線(xiàn)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系統(tǒng)控制器間通過(guò)TUV認(rèn)證的冗余安全網(wǎng)來(lái)傳送信號(hào)。



5）SIS系統(tǒng)通過(guò)冗余的通訊卡，通過(guò)FTE網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)無(wú)縫集成。SIS系統(tǒng)的操作接口采用DCS系統(tǒng)的操作站，并在操作站上安裝SOE軟件（包含在DCS的基本數(shù)據(jù)庫(kù)軟件中）。

6） SIS系統(tǒng)的HART信號(hào)經(jīng)過(guò)FTA時(shí)被分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)HART信號(hào)分離器MTL4842進(jìn)入MTL4841模塊，再經(jīng)過(guò)RS485串行通訊接口接入AMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的統(tǒng)一管理。



3.3 CCTV系統(tǒng)配置方案

3.3.1 霍尼韋爾CCTV系統(tǒng)簡(jiǎn)介

監(jiān)控系統(tǒng)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。

裝置現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)信號(hào)先接入安裝在就地就地機(jī)柜室的光端機(jī)，通過(guò)光纖傳到聯(lián)合控制室，再經(jīng)過(guò)光端機(jī)接受后轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)進(jìn)入數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)(DVR)進(jìn)行錄像。距離聯(lián)合控制室較近的視頻信號(hào)則通過(guò)視頻電纜直接連到數(shù)字硬盤(pán)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)數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)連接到聯(lián)合控制室內(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(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)DVR相連，通過(guò)DVR對(duì)前端攝像機(jī)及數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)來(lái)的視頻信號(hào)進(jìn)行控制和管理。

視頻網(wǎng)絡(luò)采用專(zhuān)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行視頻的傳輸和監(jiān)控。




CCTV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.3.2 包頭煤化工CCTV系統(tǒng)配置方案

根據(jù)全廠控制室的劃分情況，全廠整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包括四個(gè)完整的子系統(tǒng)，以及PMCC總體監(jiān)視部分。見(jiàn)圖3.3.2-1
各子系統(tǒng)負(fù)責(zé)的裝置區(qū)域如下表



各子系統(tǒng)與PMCC的連接簡(jiǎn)圖如下：



3.3.3 CCTV系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的集成方案

DCS工作站通過(guò)自身攜帶的雙網(wǎng)卡與CCTV系統(tǒng)專(zhuān)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CCTV系統(tǒng)監(jiān)控軟件HIIS客戶(hù)端后即可在授權(quán)的情況下對(duì)前端監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理。

3.3.4 CCTV視頻圖像在大屏幕上顯示的集成方案

視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字壓縮變成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后，畫(huà)面分辨率為300*200左右，該信號(hào)送大屏幕系統(tǒng)上顯示的尺寸不能過(guò)大（不能超過(guò)50英寸），否則畫(huà)面清晰度就不理想。而本項(xiàng)目選擇的大屏幕系統(tǒng)，單屏為70英寸。為了能在整個(gè)大屏幕系統(tǒng)上顯示清晰的畫(huà)面，采用以下方案：

聯(lián)合控制室內(nèi)的所有視頻信號(hào)在由現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)娇刂剖液笸ㄟ^(guò)視頻分配器分成2路，1路進(jìn)入控制室的數(shù)字硬盤(pán)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8路視頻信號(hào)到PMCC，供PMCC的大屏幕顯示。PMCC與各聯(lián)合控制室的視頻切換矩陣間的相互調(diào)用通過(guò)視頻光端機(jī)的RS422接口連接實(shí)現(xiàn)。具體方案示意圖如下：


4 PMCC數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介

4.1 功能簡(jiǎn)介

生產(chǎn)調(diào)度管理中心（PMCC）主要實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)的監(jiān)視，生產(chǎn)報(bào)表的打印和設(shè)備信息的管理。

建立一個(gè)統(tǒng)一的全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，主要是從過(guò)程控制系統(tǒng)（DCS、PLC）獲得、收集和存儲(chǔ)包括過(guò)程變量、過(guò)程報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警、工作記錄等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息至該數(shù)據(jù)平臺(tái)，加工成心的信息資源，提供給調(diào)度人員。

提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口，為將來(lái)全廠信息系統(tǒng)全面集成奠定基礎(chǔ)。

4.2 方案介紹

4.2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇

由于全廠的DCS系統(tǒng)均采用HONEYWELL公司的產(chǎn)品，而且HONEYWELL公司的Uniformance PHD核心軟件采用成熟技術(shù)和成套軟件，具有很高的安全性、開(kāi)放性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性，因此選用Uniformance PHD作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采集平臺(tái)，為后續(xù)項(xiàng)目打好信息化平臺(tái)基礎(chǔ)。

4.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.2.1 數(shù)據(jù)接口

霍尼韋爾的EPKS服務(wù)器，可以利用內(nèi)部接口與PHD進(jìn)行通訊；其它廠家控制系統(tǒng)或PLC，只有支持OPC通訊，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，也可定制開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)交換接口。

4.2.2.2采用緩存服務(wù)器—主服務(wù)器結(jié)構(gòu)

來(lái)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。



系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4.2.2.3 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DCS系統(tǒng)故障，霍尼韋爾支持成熟防火墻技術(shù)，嚴(yán)格禁止除數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器以外的機(jī)器對(duì)EPKS服務(wù)器和OPC服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)，確保底層控制系統(tǒng)的安全性。

4.2.2.4 磁盤(pán)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，因此采用了PHD主服務(wù)器加磁盤(pán)陣列雙機(jī)冷備的配置，兩臺(tái)PHD服務(wù)器硬件配置完全一樣，安裝的軟件完全一致，設(shè)置PHD數(shù)據(jù)文件到磁盤(pán)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。

4.2.3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

對(duì)于生產(chǎn)控制中心來(lái)說(shuō)，由于直接與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)，因此系統(tǒng)安全問(wèn)題是整個(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)安全兩個(gè)部分。

4.2.3.1網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)的安全是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。由于PMCC的網(wǎng)絡(luò)物理上與控制系統(tǒng)連接，因此必須保證網(wǎng)絡(luò)安全，避免對(duì)生產(chǎn)造成不利影響。

經(jīng)過(guò)安全評(píng)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(fǎng)問(wèn)規(guī)則設(shè)置等方面

4.2.3.2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)，設(shè)計(jì)公司的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)秘密，不能隨意泄漏和更改，因此保證數(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(fǎng)問(wèn)等幾方面內(nèi)容。

5 結(jié)束語(yǔ)

霍尼韋爾公司通過(guò)MAV的方式，為包頭煤制烯烴項(xiàng)目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在內(nèi)的，完整的、一體化的控制系統(tǒng)解決方案，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)。


作者簡(jiǎn)介：
曹輝，男，1971年11月出生，1995年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師，一直從事DCS、SIS系統(tǒng)的生產(chǎn)維護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)、改造等工作。現(xiàn)工作于中國(guó)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司。