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摘   要：簡單介紹了神華包頭煤制烯烴項目中應用的霍尼韋爾公司的DCS、SIS、CCTV等主要產生監控系統的系統結構，以及各系統間的集成。并介紹了生產調度指揮中心如何實現全廠生產數據的采集、數據處理及顯示。

關鍵詞：控制系統；數據采集；實時數據庫

1 引言

神華包頭煤制烯烴項目，于2006年12月獲得國家發展和改革委員會核準，總投資165億元，是迄今為止經國家核準的唯一的煤制烯烴項目，也是世界首套煤制烯烴工業化生產示范基地。項目建設規模：180萬噸/年煤制甲醇、60萬噸/年甲醇制烯烴、30萬噸/年聚乙烯、30萬噸/年聚丙烯、4套6萬立方米/小時空分制氧、3套480噸/小時蒸發量的熱電站以及輔助生產設施和公用工程等。核心技術采用國內自主知識產權的甲醇制烯烴技術，其他主要工藝裝置均采用世界先進的煤化工/石油化工技術，包括GE水煤漿氣化技術、德國林德公司低溫甲醇洗技術、英國DAVY公司甲醇合成技術、美國DOW公司聚丙烯技術、美國UNIVATION公司聚乙烯技術等。

2 主自動化控制系統采購原則

為了確保系統的完整性、協調性和工程進度，本項目控制系統的采購采用了MAV（Main Automatic Venders）方式。MAV與業主簽訂框架協議，在項目執行中由EPC與MAV供貨商分別簽署采購合同。最終霍尼韋爾公司中標。

MAV的供貨范圍包括DCS、SIS、GDS、工業CCTV、DLP大屏幕顯示系統以及相關的安全柵、機柜和就地控制室儀表盤等。


3 各控制子系統簡介

3.1 DCS系統

3.1.1 DCS系統配置原則

本項目采用聯合控制室（UCR）和現場機柜室（FRR）結合的配置方式。原則上生產裝置的DCS控制系統的操作站設置在相應的聯合控制室，控制站設置在相應的現場機柜室，所有現場儀表信號傳到現場機柜室，再從現場機柜室傳到聯合控制室，從現場機柜室到聯合控制室的信號采用雙冗余光纜連接。在聯合控制室進行全部的控制、監測、報警及報表等操作。

由于各裝置的建設進度不一樣。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生產裝置的DCS系統都配置成獨立的、完整的系統。

DCS系統采用了HONEYWELL公司最新的Experion PKS-C300控制器。系統的基本結構簡圖如下：

3.1.2 單套裝置DCS系統的配置方案

針對具有現場機柜室的裝置，DCS系統均按下列原則進行配置：

1）系統的所有機柜均安裝在現場機柜室，另外在現場機柜室內設有工程師站、開停工用的操作站。

2）通過配置OPC服務器或串口服務器，與裝置的其它控制系統（如機組PLC、裝置的先進控制系統等）進行通訊，將數據采集進DCS系統后，統一上傳至聯合控制室，以及全廠生產調度中心。

3）在聯合控制室內安裝多臺操作站、打印機等，實現日常的生產控制、監測、報警及報表輸出等操作。

4）為了保證數據的傳遞速度，從現場機柜室的CISCO2960交換機引出2路通過光纜連到聯合控制室，其中1路連接另1臺CISCO2960交換機，用于本裝置操作站、網絡打印機的連接；另1路連接到CISCO3750交換機，負責將數據進行上傳，供生產中心和總廠調度指揮中心使用。

3.1.3 聯合控制室DCS系統的配置方案

聯合控制室主要實現對各生產裝置的日常監控、操作，以及作為生產中心的調度室，負責對所轄裝置的生產數據進行集中處理、顯示，用于調度人員協調、指揮生產。因此聯合控制室DCS系統的配置原則如下：

1）配置1臺數據庫服務器，通過DSA組態，將各裝置的生產數據都集中過來，配置2臺調度員操作站，連接到這臺數據庫服務器，負責對中心的所有裝置進行監視。

2）配置1對CISCO3750交換機，用于連接各裝置的DCS系統，同時與全廠的生產調度指揮中心進行連接，負責將生產數據上傳。

聯合控制室及某2套裝置DCS系統的結構簡圖 (B裝置簡略) 如下



3.2 SIS系統配置方案

1）SIS系統采用了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標準，SM-2004D配置符合TUV AK6級及IEC 61508 SIL3級標準安全認證。
這種兩套完全平行運行、完全冗余的系統能對單系統容錯。



2）每套生產裝置的SIS系統都配置成獨立的、完整的系統。而且對于有多個系列的裝置（如氣化裝置有7臺氣化爐），要求每個系列配獨立的控制器。

3）由于本項目采用聯合控制室（UCR）和現場機柜室（FRR）結合的配置方式，正常生產時操作員都在聯合控制室，因此生產裝置SIS系統的輔助操作臺設置在相應的聯合控制室，而SIS系統控制器設置在相應的現場機柜室。

4）對于離聯合控制室較遠的裝置，從輔操臺到SIS系統的控制器無法用硬接線實現信號的可靠傳送，因此在聯合控制室設置了1臺SIS遠程控制器，輔操臺上的信號先通過硬線接到SIS遠程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠程控制器與裝置SIS系統控制器間通過TUV認證的冗余安全網來傳送信號。



5）SIS系統通過冗余的通訊卡，通過FTE網絡與DCS系統無縫集成。SIS系統的操作接口采用DCS系統的操作站，并在操作站上安裝SOE軟件（包含在DCS的基本數據庫軟件中）。

6） SIS系統的HART信號經過FTA時被分離出來，經過HART信號分離器MTL4842進入MTL4841模塊，再經過RS485串行通訊接口接入AMS系統，實現智能設備的統一管理。



3.3 CCTV系統配置方案

3.3.1 霍尼韋爾CCTV系統簡介

監控系統可分為前端設備區，監控中心和傳輸網絡三大部分。

裝置現場的攝像機信號先接入安裝在就地就地機柜室的光端機，通過光纖傳到聯合控制室，再經過光端機接受后轉變為視頻信號進入數字硬盤錄像系統(DVR)進行錄像。距離聯合控制室較近的視頻信號則通過視頻電纜直接連到數字硬盤錄像機。
視頻信號被壓縮成數字信號后存儲，同時數字硬盤錄像系統連接到聯合控制室內的網絡交換機，工業視頻集成系統HIIS的視頻服務器通過網絡交換機與數字硬盤錄像系統DVR相連，通過DVR對前端攝像機及數字硬盤錄像機來的視頻信號進行控制和管理。

視頻網絡采用專網來進行視頻的傳輸和監控。




CCTV系統結構簡圖

3.3.2 包頭煤化工CCTV系統配置方案

根據全廠控制室的劃分情況，全廠整個監控系統包括四個完整的子系統，以及PMCC總體監視部分。見圖3.3.2-1
各子系統負責的裝置區域如下表



各子系統與PMCC的連接簡圖如下：



3.3.3 CCTV系統與DCS系統的集成方案

DCS工作站通過自身攜帶的雙網卡與CCTV系統專網的網絡交換機連接。同時保證兩個網絡分布在不同的網段。DCS工作站安裝CCTV系統監控軟件HIIS客戶端后即可在授權的情況下對前端監控設備進行監控和管理。

3.3.4 CCTV視頻圖像在大屏幕上顯示的集成方案

視頻信號經過數字壓縮變成網絡信號后，畫面分辨率為300*200左右，該信號送大屏幕系統上顯示的尺寸不能過大（不能超過50英寸），否則畫面清晰度就不理想。而本項目選擇的大屏幕系統，單屏為70英寸。為了能在整個大屏幕系統上顯示清晰的畫面，采用以下方案：

聯合控制室內的所有視頻信號在由現場傳輸到控制室后通過視頻分配器分成2路，1路進入控制室的數字硬盤錄像機，另1路進入視頻切換矩陣。進入視頻切換矩陣后根據需要輸出8路視頻信號到大屏幕顯示。同時視頻矩陣還輸出另8路視頻信號到PMCC，供PMCC的大屏幕顯示。PMCC與各聯合控制室的視頻切換矩陣間的相互調用通過視頻光端機的RS422接口連接實現。具體方案示意圖如下：


4 PMCC數據采集、存儲、顯示系統方案簡介

4.1 功能簡介

生產調度管理中心（PMCC）主要實現對生產過程的重要參數的監視，生產報表的打印和設備信息的管理。

建立一個統一的全廠范圍內的數據平臺，主要是從過程控制系統（DCS、PLC）獲得、收集和存儲包括過程變量、過程報警、系統報警、工作記錄等實時數據和信息至該數據平臺，加工成心的信息資源，提供給調度人員。

提供開放的數據接口，為將來全廠信息系統全面集成奠定基礎。

4.2 方案介紹

4.2.1 實時數據庫的選擇

由于全廠的DCS系統均采用HONEYWELL公司的產品，而且HONEYWELL公司的Uniformance PHD核心軟件采用成熟技術和成套軟件，具有很高的安全性、開放性、先進性、可擴展性，因此選用Uniformance PHD作為實時數據庫采集平臺，為后續項目打好信息化平臺基礎。

4.2.2 系統結構

4.2.2.1 數據接口

霍尼韋爾的EPKS服務器，可以利用內部接口與PHD進行通訊；其它廠家控制系統或PLC，只有支持OPC通訊，即可進行數據通訊，也可定制開發數據采集數據交換接口。

4.2.2.2采用緩存服務器—主服務器結構

來自DCS、PLC等控制系統的數據，先傳輸到EPKS或OPC服務器，緩存服務器負責從EPKS或OPC服務器獲取相關數據，主服務器與緩存服務器同步更新，當主服務器與緩存服務器間的網絡發生故障時，則數據可先保存在緩存服務器中，待網絡恢復后，這部分終端數據可自動上傳到主服務器。



系統網絡拓撲圖

4.2.2.3 緩存服務器和主服務器之間采用防火墻

為防止病毒侵入DCS，造成DCS系統故障，霍尼韋爾支持成熟防火墻技術，嚴格禁止除數據庫主服務器以外的機器對EPKS服務器和OPC服務器的訪問，確保底層控制系統的安全性。

4.2.2.4 磁盤陣列

數據安全是整個數據采集、存儲系統的關鍵，因此采用了PHD主服務器加磁盤陣列雙機冷備的配置，兩臺PHD服務器硬件配置完全一樣，安裝的軟件完全一致，設置PHD數據文件到磁盤陣列。當運行的服務器出現故障時，人工切換到另1臺PHD冷備服務器，不會影響數據采集。

4.2.3 系統安全設計

對于生產控制中心來說，由于直接與生產過程相關，因此系統安全問題是整個系統設計中必須考慮的重點。系統安全主要包括網絡安全與數據安全兩個部分。

4.2.3.1網絡安全

網絡的安全是網絡規劃與設計的重要內容。由于PMCC的網絡物理上與控制系統連接，因此必須保證網絡安全，避免對生產造成不利影響。

經過安全評估與需求分析，網絡安全體系包括操作系統級控制、硬件防火墻、防病毒系統、網絡訪問規則設置等方面

4.2.3.2數據安全

數據信息是公司生產控制中心的基礎，設計公司的經濟和技術秘密，不能隨意泄漏和更改，因此保證數據安全是系統正常運行的基本要求。數據安全設計主要包括數據采集、數據備份、數據訪問等幾方面內容。

5 結束語

霍尼韋爾公司通過MAV的方式，為包頭煤制烯烴項目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在內的，完整的、一體化的控制系統解決方案，采用了當前主流的、最先進的系統配置，極大地提高了項目的自動化控制水平，為今后裝置的安全、平穩運行打下了良好的基礎。


作者簡介：
曹輝，男，1971年11月出生，1995年畢業于大慶石油學院生產過程自動化專業，工程師，一直從事DCS、SIS系統的生產維護、系統升級、改造等工作。現工作于中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司。