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　　摘 要：以西門子PCS 7全集成自動化控制技術為依托，青島大煉油成功實現全國首例煉油廠全廠的DCS控制。青島大煉油全廠DCS控制系統的成功應用，不但實現了煉油大型化、集約化生產的戰略目標，更在高效、節能、環保等方面做到了全方位的創新和領先，堪為新一代全廠自動化控制系統的價值典范。

　　關鍵詞：DCS PCS 7 全廠自動化

　　前 言

　　由于我國工業經濟快速發展，汽車消費市場成長迅速，能源的需求日益旺盛，導致我國成品油市場一度出現“油荒”現象。在煉油環節，我國煉油行業一直以來存在煉廠數量多、規模小、效率低下等問題，煉油行業亟需加快大型化、集約化的發展步伐。因此，近年來，千萬噸煉油、大型煉油基地成為國內石油加工行業的熱門詞匯。

　　中石化青島大煉油是中國第一座一次建設規模達到1000萬噸煉油能力的煉油企業，投產后可實現年加工進口原油1000萬噸，每月可為國內市場增加成品油供應近60萬噸，能有效緩解成品油供應緊張的局面，降低我國高價成品油的進口量。同時，以青島為中心的膠東半島有望成為國內最大的石化基地。

　　作為中石化調整國內煉化產業布局、打造環渤海灣煉化產業集群的重大戰略項目，青島大煉油主要技術經濟指標均達到國內先進水平，整體技術裝備和技術水平處于國內領先地位。青島煉化廠區總占地面積達到222.1公頃，但整個廠區僅需500人管理，這得力于其全廠采用了全集成的自動化控制系統，不但實現了煉油大型化、集約化生產的戰略目標，更在高效、節能、環保等方面做到了全方位創新和領先，堪為新一代全廠自動化控制系統的價值典范。

　　綠色煉油

　　石油加工過程中會產生各種污染環境的物質——廢水、廢氣、廢渣，這些污染物不僅污染了環境，還造成了物料和能量的大量流失與浪費。長久以來，使得煉油項目在人們印象中成為了重污染、高能耗的代名詞。作為我國首個單系列千萬噸級煉油項目——青島大煉油，也曾受到人們的諸多質疑。它是否能像預期的那樣：“實現經濟效益和環境效益俱佳”？是否能實現規模經濟？是否能實現循環經濟的發展模式？是否還能保持西海岸紅瓦綠樹、碧海藍天的居住環境？

　　面對質疑，青島大煉油迎難而上，率先引入綠色煉油、清潔生產的理念，從原料處理、加工到產品精制，均采用先進工藝技術；工藝裝置和系統工程，均采用集成化的節能技術；生產經營管理采用全廠DCS控制系統，使得整個項目“技術先進、環保領先、規模經濟”的鮮明特征凸顯。

　　綠色煉油、清潔生產的核心內容是通過全廠自動化、信息化的大力建設，促進生產經營管理過程的智能化和現代化，從而使得青島大煉油項目有效降低了成本消耗、、增加了利潤收益、優化了資源配置、控制了環境污染。

　　綠色煉油、清潔生產是青島大煉油實施可持續發展戰略、提高市場競爭力、實現環境效益和經濟效益“雙贏”的有效途徑。


　　不二選擇

　　青島大煉油全廠采用“常減壓＋延遲焦化＋加氫處理＋催化裂化”的加工方案，由16套工藝裝置以及油品儲運設施、公用工程系統及輔助生產設施組成，主要工藝裝置包括：1000萬噸/ 年常減壓、250萬噸/年延遲焦化、150萬噸/年連續重整、410萬噸/年柴油加氫、200萬噸/年重油催化裂化、260萬噸/年重油加氫脫硫、260萬噸/年加氫裂化、20萬噸/年聚丙烯等等，其中，9套裝置創國內之最，是目前我國單系列最大的煉油裝置。

　　青島大煉油的規模大、技術新、人員少，無疑對過程控制系統的可靠性、復雜性、功能的完善性、系統的可維護性、人機界面的友好性、數據的可分析可管理性等各個方面都提出了非常高的要求，尤其是以下三點，更是決定了項目的成敗：

　　1)控制精度。煉油過程結合了精煉和化學處理過程，原油被按分子重量分成幾個部分，這幾個部分再被熱能和催化劑作用裂解成其他更加有用的產品，整個煉油過程的關鍵就在于是否能實現對各項參數的嚴密高精度控制。同時，煉油廠能否盈利就要看每桶原油提煉出的高質量產品的數量，而獲取每桶原油最大產出的有效措施也是高精度的控制系統。

　　2)可靠性。大煉油的石油提煉加工過程與一枚炸彈的唯一分別就是控制系統。石油提煉的很多工序都必須被嚴格的加以控制，以防止火災和爆炸的危險，高度可靠的控制系統是煉油廠正常運行的基本保證之一。

　　3)控制性能。大煉油的全廠過程控制系統中有幾萬個I/O點，要求系統必須能夠在同一時間對成千上百個P I D回路進行全部處理。高性能是大煉油DCS控制系統的基本要求之一。

　　經過多方篩選和抉擇，全集成的、結構完整、功能完善、面向整個生產過程的SIMATIC PCS 7過程控制系統，以其卓越的性能、高度的可靠性，成為了青島大煉油全廠DCS系統的不二選擇。談到為什么選擇PCS 7，青島大煉油機動工程部主管陳主任指出：“運營、管理的獨到之處，控制器的強大、可靠，以及西門子可信賴的專業性”都是PCS 7的取勝法寶。

　　實施方案

　　全廠布局緊湊集中，生產裝置采用聯合布置，設一個中心控制室，生產裝置、公用工程及儲運系統、全廠火災、可燃氣體、有毒氣體的監控和報警控制系統（F&GS）等均采用DCS控制系統進行集中操作、控制和管理，各裝置及關鍵設備均設置了安全聯鎖保護系統（緊急停車系統），充分體現了“集約、高效、安全、穩定”的生產要求。

　　全廠DCS控制系統由工程師站、操作員站、中央歸檔服務器（CAS）、I/O卡、各類機柜和OPC服務器等設備組成，全廠I/O總點數近30000點。整個DCS系統共配置盤柜300面，操作員站61個、現場機柜室（FCR/FAR) 17個、中央控制室（CCR）1個。

　　在中央控制室中有108個生產操作臺，共排成三排，所有重要的生產操作流程被全程監控，現場圖像也可根據需要實時顯示到監控屏幕中。“整個大煉油工程全部實現自動化管理，核心管理人員僅需要500名職工。”談及全廠DCS控制系統中控室的徐工不無驕傲的說。按計劃，整套生產設備四年才需要檢修一次。



　　整個DCS控制系統的結構（詳見圖2）可以分為3層：控制器層，在該層實現對現場儀表的控制和監測邏輯；服務器層，該層起到數據通道的作用；操作員站層，該層提供HMI便于操作員控制/監測工藝流程。

　　系統的工程師站同時掛在兩個網絡上，即連接操作員/服務器的以太網和連接控制器的CPU的工業以太網。工程師站用于完成控制畫面和控制策略的組態。

　　在控制器層和服務器層之間是1Gbit/s的冗余環網，稱為系統總線，它連接起所有的控制器和服務器，承擔數據交換的作用。在服務器層和操作員站層之間是1Gbit/s的冗余環網，稱為終端總線，它連接起所有的服務器和操作員站，承擔數據交換的作用。

　　系統選用高性能模塊化的SCALANCE X-400交換機（圖3）構成1Gbit/s的高速光纖冗余環網。當傳輸鏈路或環網中的SCALANCE X-400 交換機發生故障時，網絡重構時間嚴格小于300ms，從而，大大增強了網絡的可靠性。　　

　　系統總線通過冗余的光纜以星狀結構拓展至各個現場機柜室（FCR/FAR）。現場控制器全部采用AS400（圖4）的高性能卡件，使組態，集成更為方便。

　　系統的現場級控制采用的是PROFIBUS現場總線，不僅簡單實現了控制系統的冗余；同時，使得現場級控制網絡成為真正全分散、全數字化的控制網絡。系統I/O站選用的是高密度配置的ET200M模塊，ET200M通過兩個IM153-2總線接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線上。每個ET200M單元均由2個IM153-2總線接口模塊和其他若干數字量、模擬量輸入輸出模塊組成。數字量、模擬量輸入輸出模塊的數量和配置由現場站的所需控制和采集的點數所決定。


　　技術優勢

　　SIMATIC PCS 7是具有卓越系統特性和獨特可升級結構的通用過程控制系統，它將靈活的模塊化冗余技術以及統一的數據管理、通訊和組態等強大的性能組合在一起，是以經濟、高效的方式組建和運行控制技術工廠的理想基礎。而SIMATIC PCS 7在青島大煉油全廠DCS控制系統中的應用，使其優勢更加充分的顯現出來：

　　1)系統設計充分體現了全集成化的思想，具有統一的通訊、統一的組態工具、統一的數據庫，消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實現了儀控和電控的一體化。

　　2)系統的所有硬件都基于統一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺，充分保證了系統的一致性、可靠性、并增強了系統的可維護性。

　　3)現場總線技術的應用。系統現場級控制采用的是PROFIBUS現場總線技術。現場總線技術的成功引入，大大簡化了系統結構，降低了成本；加強了現場設備的自治能力，全面提高了系統性能；增強了信號傳輸的可靠性和精度；突破了傳統DCS控制系統的限制，實現了真正全分散、全數字化的控制網絡。

　　4)大量冗余技術的采用，有效保障了系統的高可靠性和高連續可用性：

　　A）控制器冗余。可以實現雙控制器冗余切換的功能，當主控的CPU出現故障時，另一個CPU自動地接替主控CPU的工作，切換時間為毫秒級。

　　B）光纖冗余環網。全廠控制網采用全光纖冗余網絡結構，核心層為1GB光纖接口。不僅確保網絡在任意一點的斷開都不會影響網絡的正常工作，而且，還大大增強了系統通訊的抗干擾能力。

　　C）通信冗余。ET200M分布式I/O卡件和控制器之間使用冗余的PRFIBUS-DP網絡，任何一個控制器的停機或I/O接口卡件的損壞都不會影響系統對I/O的訪問。兩對冗余控制器之間的通訊也采用了冗余的通訊方式,任何1個控制器或通訊卡件的停機都不會影響通訊的正常運行。

　　D）電源冗余。10A 直流電源冗余配置，用于CPU和模板供電。

　　5)所有模塊均有完善的自診斷功能、傳感器斷線監測功能、在線插拔功能，保證了系統安全、長時間運行，提高了系統的可用性和可維護性。

　　6)模擬量輸入模塊是西門子DCS系統的一個突出優點，一個模擬量模塊幾乎可以覆蓋所有測量范圍，包括：電壓輸入、電流輸入、電阻輸入、熱電偶輸入，所以西門子的模擬量模塊又叫萬能卡。

　　7)系統的操作員站（OS）是“過程的窗口”。操作、維護以及監控人員都可以對操作員站的過程活動進行跟蹤，修改批量順序，編輯實際的過程數值，或同過程進行通信。

　　8)系統采用符合IEC-1131-3國際標準的編程軟件和現場設備庫，提供連續控制、順序控制及高級編程語言。現場設備庫提供大量的常用的現場設備信息及功能塊，大大簡化了組態工作，縮短工程周期。

　　9)系統擁有ODBC、OLE等標準接口，并且應用以太網、PROFIBUS現場總線等開放網絡，具有很強的開放性。

　　驕人成果

　　在西門子PCS 7過程控制系統的全程保駕護航下，青島大煉油順利實現了“當年投產、當年達標”預期目標，生產的汽柴油全部達到歐Ⅲ標準，噸油費用、單位能耗、利潤總額等均進入國內煉油企業前列；不僅有效調整了國內煉油產業結構、提高了煉化企業國際競爭力；同時，給上下游企業帶來巨大商機，對西海岸石化產業鏈形成有力拉動。

　　也正是在PCS 7過程控制系統的全面監控下，青島大煉油成功實現了全流程封閉的生產和循環回收利用，使得各項環保指標均達到國際先進水平，污水重復利用率可達到96％以上,硫的回收率可達到98.5%以上。尾氣中二氧化硫的年排放量比一個百萬千瓦級的燃煤電廠還要低得多。西海岸上，澄澈的藍天，碧藍的海水，翻飛的鷗鳥就是最好的見證。

　　環境效益和經濟效益“雙贏”局面的獲得，不僅使青島大煉油成為了石化領域跨世紀的一個樣本工程，而且，其全廠DCS控制系統也成為了過程控制領域跨世紀的一個樣本工程。同時，該項目的成功實施，也進一步強化了西門子作為優秀系統供應商和可信任的工程承包商的市場形象。

　　為了明天

　　青島大煉油全廠DCS控制系統的成功實施就像“吃螃蟹”的第一人，不僅為DCS系統的發展帶來新的生機，更為我國煉油行業的發展踏出了一條光明的道路。

　　過程控制系統是流程工業的“神經”，也是工業信息化建設的重要內容。長期以來，我國石化等流程工業的過程控制系統被數家傳統DCS公司所壟斷。正是由于此次西門子PCS 7在青島大煉油項目中的成功實施，使得我國石化行業過程控制系統長期壟斷的堅冰被一舉打破。原有壟斷局面的打破，不僅為我國石化行業引入了全新的控制產品，更引入了全新的控制理念。有了更多的產品選擇，有了更多的設計思路，明天的石化控制系統肯定有不一樣的發展。

　　由于石化行業本身的特性，傳統DCS系統都是基于儀表控制系統的思路建立和發展起來的，因而，長期以來，西門子PCS 7處于一種比較尷尬的境地，有人說其為PLC，有人說其為DCS。而此次西門子PCS 7在青島大煉油項目的成功應用，不僅充分展示了其不遜于任何頂級傳統DCS系統的優秀品質，更展現了其特有的優勢。使人們完全摒除了原有對于DCS系統認識的一些陳舊觀念，這不僅為PCS 7帶來了更廣闊的發展空間，也為更多過程控制領域帶來了一種可靠、可信賴的新選擇。

　　青島大煉油在西門子全集成自動化過程控制系統的幫助下實現了經濟效益與環保效益的雙豐收，有利的證明了雖然污染不可能完全避免，但是，大型化、集中化的項目更有利于污染的監控和治理，更有利于減低能源和資源的消耗，更有利于減低整體成本，更有利于帶動區域產業鏈的發展。青島大煉油的成功穩定運行，為我國煉油產業結構的調整打了一劑強心針，加快了我國煉油行業大型化、集約化的發展步伐。到2010年，如獨山子、惠州、大連石化、蘭州石化、撫順石化等大煉油項目在內，我國新建、改擴建大煉油項目將達到21個。

　　大系統最大的挑戰和考驗其實是時間，青島大煉油一年多的成功穩定運行，不僅有賴于采用了高性能、高精度、高可靠性的PCS 7，同時，也有賴于西門子豐富的工程經驗，以及完善、強大的技術支持。高質量的產品、專業的現場技術指導人員，以及全球化的專家團隊，不僅有力保證了所有設備長期安全、可靠的運行；也為企業節省了大量的人力、物力成本，是西門子作為系統供應商和可信任的工程承包商優秀品質的充分展現。“信任西門子！”話雖簡單，蘊意無窮。面對明天的考驗，可信賴的應不僅僅是產品本身，還應包括對企業的信賴。

　　廠區最遠端的火炬可以俯瞰整個廠區，可以看到浩瀚的大海，每次巡檢的時候徐工都會爬到最頂端，看看碧海藍天，看看海鷗飛過，他說這些是他們的成績，這些是他們的責任！為了明天的碧海藍天，為了明天的紅瓦綠樹，他和他們都會以更加嚴謹的工作態度去對待今天的每時每刻！