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1　項目背景

中天合創(chuàng)大型煤炭深加工DCS項目，依托于中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司開展的煤炭深加工示范項目。本項目由中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司（ZTHC）、中石化寧波工程有限公司（SNEC）、中國石化工程建設(shè)有限公司（SEI）、中石化上海工程有限公司（SSEC）、浙江中控技術(shù)股份有限公司（SUPCON）等單位，分別從項目設(shè)計、系統(tǒng)研發(fā)、現(xiàn)場測試、開車投用等方面進行了聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。

本項目的開展，對于提升國產(chǎn)自控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新能力具有重要作用，通過DCS國產(chǎn)化應(yīng)用攻關(guān)和工程使用，讓“中國創(chuàng)造”的DCS在這一世界級煤基甲醇制烯烴項目上取得重大突破，對于我國自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及我國煤化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略安全都將產(chǎn)生深遠的影響。

2　實施案例與應(yīng)用

2.1　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本項目采用中控的ECS-700過程控制系統(tǒng)，ECS-700系統(tǒng)是WebField系列控制系統(tǒng)之一，是在總結(jié)JX-300XP、ECS-100等控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上設(shè)計、開發(fā)的面向大型聯(lián)合裝置的大型高端操作系統(tǒng)，其融合了先進的控制技術(shù)、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)等，承擔(dān)著生產(chǎn)鏈上“工業(yè)控制大腦”的職責(zé)。

工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)。就網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性來講，大型煤炭深加工項目DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮分散風(fēng)險與數(shù)據(jù)隔離，同時要關(guān)注到統(tǒng)一的監(jiān)控、生產(chǎn)管理和調(diào)度。本項目根據(jù)不同區(qū)域的安全等級需求劃分不同的安全區(qū)域，不同安全區(qū)域?qū)崿F(xiàn)隔離和可控的訪問。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

ECS-700可以使用各種國際規(guī)約通訊協(xié)議與其他設(shè)備或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。但是為了便于維護，中天合創(chuàng)項目中所有第三方系統(tǒng)與DCS的數(shù)據(jù)交換采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議進行通訊。通過MODBUS-RTU協(xié)議在基礎(chǔ)控制層把各個PLC與DCS系統(tǒng)進行連接，各PLC的數(shù)據(jù)全部集中到DCS系統(tǒng)中。

管控一體化是以自動化控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過對企業(yè)生產(chǎn)管理、過程控制等信息的處理、分析、優(yōu)化、整合、存儲、發(fā)布，運用現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)管理模式建立覆蓋企業(yè)生產(chǎn)管理與基礎(chǔ)自動化的綜合系統(tǒng)。本項目通過配置DCS OPC服務(wù)器為管理網(wǎng)提供準(zhǔn)確的實時數(shù)據(jù)，操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)ODS對數(shù)據(jù)進行記錄和處理，并通過生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件MES以Web發(fā)布的方式把生產(chǎn)信息進行實時發(fā)布。管理者可以用IE瀏覽器通過企業(yè)管理網(wǎng)登陸Web服務(wù)器，查看實時生產(chǎn)信息。

圖2 管控一體化示意圖

就網(wǎng)絡(luò)安全性來說，本項目控制網(wǎng)內(nèi)的電腦，全部配置了McAfee Application Control防病毒軟件，L4層管理網(wǎng)的電腦全部配置了卡巴斯基殺毒軟件。McAfee 對可執(zhí)行程序進行了嚴(yán)格保護管理，禁止程序的任意使用、安裝，確保在系統(tǒng)中只運行受信任的應(yīng)用程序。若有其他非白名單中的應(yīng)用程序（包括病毒）嘗試運行將會被軟件阻止，并在系統(tǒng)日志中進行記錄，以此減少來自未經(jīng)授權(quán)應(yīng)用程序的風(fēng)險，實現(xiàn)更強大的終端、服務(wù)器和固定設(shè)備的控制。

2.2　應(yīng)用情況

大型煤炭深加工項目的控制方案主要由工藝包廠家和設(shè)計院，中控負責(zé)控制方案的實現(xiàn)。其中包括氣化爐氧煤比控制、聚丙烯出料閉鎖料斗控制以及高壓聚乙烯復(fù)雜回路控制。在控制方案的實現(xiàn)過程中，組態(tài)程序應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)控制方案的要求編寫，同時應(yīng)遵守組態(tài)設(shè)計規(guī)范的各項規(guī)定。

在保證生產(chǎn)安全可靠的前提下，本項目又增加了以下智能輔助系統(tǒng)：

（1）管理系統(tǒng)軟件（SAMS）

浙江中控技術(shù)股份有限公司設(shè)備管理系統(tǒng)軟件（SAMS軟件），提供一個設(shè)備管理與維護平臺，使先進的智能設(shè)備發(fā)揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本。

ECS-700系統(tǒng)中的HART智能儀表設(shè)備信息可通過控制站中的HART信號I/O模塊AI713-H、AO713-H傳輸?shù)絊AMS數(shù)據(jù)服務(wù)器，從而實現(xiàn)智能設(shè)備的管理與維護。

圖3 SAMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中天合創(chuàng)項目每個裝置都配置了一套SAMS軟件，配置1臺AMS服務(wù)器和1臺AMS客戶端。通過SAMS軟件的使用，實現(xiàn)HART智能儀表的在線維護，減少維護人員工作量并降低維護成本。

為了讓報警更加合理，中天合創(chuàng)項目MTO裝置配置了高級報警管理系統(tǒng)（AAS）。通過AAS系統(tǒng)的使用，針對性地優(yōu)化了MTO裝置DCS的報警，控制MTO裝置的報警在KPI性能指標(biāo)要求范圍內(nèi)，比未配置AAS系統(tǒng)的裝置報警量減少30%以上，大大減少了各種錯誤報警對操作人員的干擾。

（2）操作員仿真培訓(xùn)軟件（OTS）

同時，為了滿足操作員仿真培訓(xùn)的要求，中天合創(chuàng)項目在最關(guān)鍵的MTO裝置上配置了OTS系統(tǒng)。

圖4 OTS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

OTS的主要目標(biāo)是為操作員提供早期的培訓(xùn)和再訓(xùn)練，同時也是對DCS的校驗。通過OTS系統(tǒng)的仿真培訓(xùn)，MTO裝置的操作員對裝置流程、開停車及故障處理等內(nèi)容非常熟悉。同時在仿真培訓(xùn)過程中校驗DCS系統(tǒng)，對DCS的控制方案、流程畫面提出優(yōu)化建議，使得DCS系統(tǒng)更加符合工藝操作需求。

3　項目創(chuàng)新與成果

3.1　技術(shù)創(chuàng)新

如何運用工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)，建立連續(xù)生產(chǎn)過程的高安全性、高可靠性操作系統(tǒng)，來滿足集成化生產(chǎn)的需要是中天合創(chuàng)項目技術(shù)的難點。為此，中控ECS-700操作系統(tǒng)做出以下設(shè)計方案：

（1）ECS-700操作系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足新型煤化工煤制烯烴等高危化工裝置大規(guī)模生產(chǎn)的過程控制、檢測、優(yōu)化與管理的DCS應(yīng)用方案，系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口與工廠管理網(wǎng)相連，滿足集成化生產(chǎn)的需要；

（2）設(shè)計和分配合理的DCS的控制站數(shù)量，能滿足該類化工裝置常規(guī)過程控制的功能及速度要求，應(yīng)具備連續(xù)過程控制、連鎖控制和一般順序控制的功能，保證網(wǎng)絡(luò)控制器間可以實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)讀寫；

（3）從管控一體化的角度考慮，合理設(shè)計IDM、ODS、AAS、OTS系統(tǒng)方案以及和DCS的接口，充分考慮各子系統(tǒng)的自身的可靠性，互聯(lián)的安全性，數(shù)據(jù)的一致性。保證本項目的生產(chǎn)運行、調(diào)度和管理工作高效而可靠。開發(fā)適用于煤制烯烴裝置的聯(lián)合生產(chǎn)控制的工程組態(tài)方案，提高產(chǎn)品適應(yīng)性，縮短工程調(diào)試周期，提高在同類裝置上的投運效率。

3.2　技術(shù)成果

該項目是國產(chǎn)DCS首次在大型煤炭深加工聯(lián)合裝置上實現(xiàn)應(yīng)用，取得的主要技術(shù)成果有以下幾點：

（1）DCS實際I/O通道點數(shù)規(guī)模已到20萬點以上，該項目采用的大規(guī)模DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配置，滿足了項目管控一體化的要求，具備了智能化工廠的數(shù)據(jù)平臺，并取得了初步應(yīng)用；

（2）該項目采用控制系統(tǒng)冗余、容錯可靠性的設(shè)計，解決了DCS超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，平均無故障運行時間（MTBF）超過100萬小時，DCS系統(tǒng)投運至今，目前已連續(xù)穩(wěn)定運行3年多；

（3）該項目開發(fā)國產(chǎn)DCS多種數(shù)據(jù)交互接口，實現(xiàn)DCS與AMS、ODS、AAS、OTS等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相互交換與共享；

（4）I/O模塊快速掃描周期最快可達20ms，滿足工藝對100ms甚至50ms的響應(yīng)時間要求；

（5）對現(xiàn)有的順序控制功能模塊進行二次開發(fā)和提升，滿足甲醇區(qū)域和烯烴區(qū)域?qū)?fù)雜控制回路和順控的要求。

4　問題及解決方案

本項目在實施過程中也遇到了一些具有挑戰(zhàn)性的問題，研發(fā)團隊在共同配合下一一予以解決，表1是所遇到的問題列表及采用的解決方案：

5　項目意義

中天合創(chuàng)項目是在中國石化物資裝備部的指導(dǎo)下，業(yè)主單位牽頭工程公司、制造企業(yè)等成功進行聯(lián)合攻關(guān)，有助于產(chǎn)品行業(yè)適應(yīng)性，提升產(chǎn)業(yè)化研究能力，大大縮短技術(shù)研究和工程化研究時間，這種創(chuàng)新性的合作模式成為重大裝備國產(chǎn)化的應(yīng)用典范。在研制單位的共同努力下，為國產(chǎn)DCS在大型復(fù)雜化工裝置的應(yīng)用提供了關(guān)鍵平臺。在國產(chǎn)DCS制造商出色的產(chǎn)品研發(fā)能力和工程服務(wù)能力的作用下，共同促進國產(chǎn)DCS在大型復(fù)雜化工裝置的應(yīng)用邁出關(guān)鍵的一步。

中控作為國內(nèi)優(yōu)秀的自主控制系統(tǒng)集成商、核心智能裝備提供商，以及國內(nèi)核心自主工業(yè)軟件開發(fā)商，擁有智能制造領(lǐng)域?qū)I(yè)的研發(fā)、工程應(yīng)用人才團隊，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，助力該項目實現(xiàn)國產(chǎn)控制系統(tǒng)規(guī)模的重大突破。項目首次成功實現(xiàn)超大規(guī)模煤制烯烴項目DCS國產(chǎn)化，其成果完全可應(yīng)用和推廣至大型蒸汽裂解制乙烯等項目。為保證我國煤化工、石油化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略安全助力，使中石化下屬企業(yè)及工程公司自主研發(fā)的專有技術(shù)裝上“國產(chǎn)大腦”。

摘自《自動化博覽》2019年7月刊