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1　項(xiàng)目背景

中天合創(chuàng)大型煤炭深加工DCS項(xiàng)目，依托于中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司開(kāi)展的煤炭深加工示范項(xiàng)目。本項(xiàng)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(guó)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(xiàng)目設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、開(kāi)車投用等方面進(jìn)行了聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。

本項(xiàng)目的開(kāi)展，對(duì)于提升國(guó)產(chǎn)自控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新能力具有重要作用，通過(guò)DCS國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用攻關(guān)和工程使用，讓“中國(guó)創(chuàng)造”的DCS在這一世界級(jí)煤基甲醇制烯烴項(xiàng)目上取得重大突破，對(duì)于我國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及我國(guó)煤化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略安全都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2　實(shí)施案例與應(yīng)用

2.1　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目采用中控的ECS-700過(guò)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(jì)、開(kāi)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(jìn)的控制技術(shù)、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行的重要基礎(chǔ)。就網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性來(lái)講，大型煤炭深加工項(xiàng)目DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮分散風(fēng)險(xiǎn)與數(shù)據(jù)隔離，同時(shí)要關(guān)注到統(tǒng)一的監(jiān)控、生產(chǎn)管理和調(diào)度。本項(xiàng)目根據(jù)不同區(qū)域的安全等級(jí)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(wèn)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

ECS-700可以使用各種國(guó)際規(guī)約通訊協(xié)議與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。但是為了便于維護(hù)，中天合創(chuàng)項(xiàng)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(jìn)行通訊。通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議在基礎(chǔ)控制層把各個(gè)PLC與DCS系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)化控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理、過(guò)程控制等信息的處理、分析、優(yōu)化、整合、存儲(chǔ)、發(fā)布，運(yùn)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(dòng)化的綜合系統(tǒng)。本項(xiàng)目通過(guò)配置DCS OPC服務(wù)器為管理網(wǎng)提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)ODS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并通過(guò)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(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布。管理者可以用IE瀏覽器通過(guò)企業(yè)管理網(wǎng)登陸Web服務(wù)器，查看實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。

圖2 管控一體化示意圖

就網(wǎng)絡(luò)安全性來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)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(duì)可執(zhí)行程序進(jìn)行了嚴(yán)格保護(hù)管理，禁止程序的任意使用、安裝，確保在系統(tǒng)中只運(yùn)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(yùn)行將會(huì)被軟件阻止，并在系統(tǒng)日志中進(jìn)行記錄，以此減少來(lái)自未經(jīng)授權(quán)應(yīng)用程序的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)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(xiàng)目的控制方案主要由工藝包廠家和設(shè)計(jì)院，中控負(fù)責(zé)控制方案的實(shí)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(shí)現(xiàn)過(guò)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(shí)應(yīng)遵守組態(tài)設(shè)計(jì)規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定。

在保證生產(chǎn)安全可靠的前提下，本項(xiàng)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(gè)設(shè)備管理與維護(hù)平臺(tái)，使先進(jìn)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(hù)成本。

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

圖3 SAMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中天合創(chuàng)項(xiàng)目每個(gè)裝置都配置了一套SAMS軟件，配置1臺(tái)AMS服務(wù)器和1臺(tái)AMS客戶端。通過(guò)SAMS軟件的使用，實(shí)現(xiàn)HART智能儀表的在線維護(hù)，減少維護(hù)人員工作量并降低維護(hù)成本。

為了讓報(bào)警更加合理，中天合創(chuàng)項(xiàng)目MTO裝置配置了高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)（AAS）。通過(guò)AAS系統(tǒng)的使用，針對(duì)性地優(yōu)化了MTO裝置DCS的報(bào)警，控制MTO裝置的報(bào)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(bào)警量減少30%以上，大大減少了各種錯(cuò)誤報(bào)警對(duì)操作人員的干擾。

（2）操作員仿真培訓(xùn)軟件（OTS）

同時(shí)，為了滿足操作員仿真培訓(xùn)的要求，中天合創(chuàng)項(xiàng)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(shí)也是對(duì)DCS的校驗(yàn)。通過(guò)OTS系統(tǒng)的仿真培訓(xùn)，MTO裝置的操作員對(duì)裝置流程、開(kāi)停車及故障處理等內(nèi)容非常熟悉。同時(shí)在仿真培訓(xùn)過(guò)程中校驗(yàn)DCS系統(tǒng)，對(duì)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(xiàng)目創(chuàng)新與成果

3.1　技術(shù)創(chuàng)新

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

（1）ECS-700操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)程控制、檢測(cè)、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(guò)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(jì)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(guò)程控制的功能及速度要求，應(yīng)具備連續(xù)過(guò)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(shí)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(jì)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(xiàng)目的生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度和管理工作高效而可靠。開(kāi)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(yùn)效率。

3.2　技術(shù)成果

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

（1）DCS實(shí)際I/O通道點(diǎn)數(shù)規(guī)模已到20萬(wàn)點(diǎn)以上，該項(xiàng)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(xiàng)目管控一體化的要求，具備了智能化工廠的數(shù)據(jù)平臺(tái)，并取得了初步應(yīng)用；

（2）該項(xiàng)目采用控制系統(tǒng)冗余、容錯(cuò)可靠性的設(shè)計(jì)，解決了DCS超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）超過(guò)100萬(wàn)小時(shí)，DCS系統(tǒng)投運(yùn)至今，目前已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行3年多；

（3）該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)DCS多種數(shù)據(jù)交互接口，實(shí)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(dá)20ms，滿足工藝對(duì)100ms甚至50ms的響應(yīng)時(shí)間要求；

（5）對(duì)現(xiàn)有的順序控制功能模塊進(jìn)行二次開(kāi)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(wèn)題及解決方案

本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中也遇到了一些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在共同配合下一一予以解決，表1是所遇到的問(wèn)題列表及采用的解決方案：

5　項(xiàng)目意義

中天合創(chuàng)項(xiàng)目是在中國(guó)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(jìn)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(shí)間，這種創(chuàng)新性的合作模式成為重大裝備國(guó)產(chǎn)化的應(yīng)用典范。在研制單位的共同努力下，為國(guó)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(tái)。在國(guó)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(jìn)國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)核心自主工業(yè)軟件開(kāi)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(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，助力該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)規(guī)模的重大突破。項(xiàng)目首次成功實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模煤制烯烴項(xiàng)目DCS國(guó)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(xiàng)目。為保證我國(guó)煤化工、石油化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)產(chǎn)大腦”。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年7月刊