煤制烯烃主要控制系统的配置原则

曹辉(中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

煤制烯烃主要控制系统的配置原则

曹辉
(中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

介绍了分散控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)、电视监控系统(CCTV)等在神华包头煤制烯烃项目中的应用及各系统的结构、配置原则以及各系统间的集成。详细描述了生产调度指挥中心如何实现全厂生产数据的采集、数据处理及显示。

煤制烯烃 分散型控制系统 安全仪表系统 数据采集 实时数据库

为了确保系统的完整性、协调性和工程进度，包头煤制烯烃项目控制系统的采购采用了MAV(Main Automatic Venders)方式。MAV与业主签订框架协议，在项目执行中由EPC与MAV供货商分别签署采购合同。

1 各控制子系统简介

1.1分散型控制系统

1.1.1DCS配置原则

该项目采用中心控制室和现场机柜室相结合的配置方式。原则上生产装置的DCS操作站设置在相应的中心控制室，控制站设置在相应的现场机柜室。现场仪表信号先传到现场机柜室，再从现场机柜室传到中心控制室，现场机柜室到中心控制室的信号采用双冗余光缆连接。在中心控制室实现全部的控制、监测、报警及报表等操作。

由于各装置的工程进度不一样，且由不同的EPC承包商施工，因而每套生产装置的DCS都配置成独立的、完整的系统。

1.1.2单套装置DCS的配置方案

针对具有现场机柜室的装置，DCS均按下列原则进行配置：

1) 系统的所有机柜均安装在现场机柜室，另外在现场机柜室内设有工程师站、开停工用的操作站。

2) 通过配置OPC服务器或串口服务器，与装置的其他控制系统(如机组PLC、装置的先进控制系统等)进行通信，DCS采集数据后，统一上传至中心控制室以及全厂生产调度中心。

3) 在中心控制室内安装多台操作站、打印机等，实现日常的生产控制、监测、报警及报表输出等操作。

1.1.3中心控制室DCS的配置方案

中心控制室主要实现对各生产装置的日常监控、操作，作为生产中心的调度室，负责对所辖装置的生产数据进行集中处理、显示，用于调度人员协调、指导生产。中心控制室DCS的配置原则如下：

1) 配置1台数据库服务器，通过DSA组态，将各装置的生产数据集中管理；配置2台调度员操作站，连接到该数据库服务器，负责对中心的所有装置进行监视。

2) 配置1对CISCO 3750交换机，用于连接各装置的DCS，同时与全厂的生产调度指挥中心进行连接，负责将生产数据上传。

1.2SIS配置方案

1) SIS采用Honeywell公司最新的SM控制器。其中，HSMS采用SM-2OO4D配置： 冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN 19250标准，SM-2OO4D配置符合TÜV AK6级及IEC 61508 SIL3级标准安全认证。

2) 每套生产装置的SIS都配置成独立的、完整的系统。对于有多个系列的装置(如气化装置有7台气化炉)，要求每个系列均配独立的控制器。

3) 由于该项目采用中心控制室和现场机柜室相结合的配置方式，正常生产时操作员都在中心控制室，因而生产装置SIS的辅助操作台设置在相应的中心控制室，而SIS的控制器设置在相应的现场机柜室。

4) 对于离中心控制室较远的装置，从辅操台到SIS的控制器无法用硬接线实现信号的可靠传送，因而在中心控制室设置了1台SIS远程控制器，辅操台上的信号通过硬线接到SIS远程控制器的输入/输出卡件，SIS远程控制器与装置SIS的控制器间通过TÜV认证的冗余安全网来传送信号。

5) SIS通过冗余的通信卡，通过FTE网络与DCS无缝集成。SIS的操作接口采用DCS操作站，操作站的人机界面软件具备SIS的SOE采集功能(包含在DCS的基本数据库软件中)。

1.3电视监控系统配置方案

1.3.1系统简介

电视监控系统(CCTV)可分为前端设备区、监控中心和传输网络三大部分。

现场装置的摄像机信号进入就地机柜室的光端机，通过光纤传到中心控制室，同时，通过光端机转变为视频信号进入数字硬盘录像系统(DVR)进行录像，距离中心控制室较近的视频信号则通过视频电缆直接连到数字硬盘录像机。

视频信号被压缩成数字信号后存储，同时DVR连接到中心控制室内的网络交换机，工业视频集成系统(HIIS)的视频服务器通过网络交换机与DVR相连，通过DVR对前端摄像机及数字硬盘录像机来的视频信号进行控制和管理。视频网络采用专网来进行视频的传输和监控。

1.3.2系统配置方案

根据全厂控制室的划分情况，整个监控系统包括4个完整的子系统以及生产调度管理中心(PMCC)总体监视部分，监控装置区域的划分见表1所列。

表1 各子系统监控装置区域

各子系统与PMCC的连接如图1所示。

图1 各子系统与PMCC的连接示意

1.3.3CCTV与DCS的集成方案

DCS工作站通过自身携带的双网卡与CCTV专网的网络交换机连接，同时保证两个网络分布在不同的网段。DCS工作站安装HIIS客户端后即可在授权的情况下对前端监控设备进行监控和管理。

1.3.4CCTV视频图像在大屏幕上显示的集成方案

视频信号经过数字压缩变成网络信号后，画面分辨率为300×200左右，该信号送大屏幕系统显示(尺寸不能超过127 cm(50 in))，否则画面清晰度就不理想。而该项目选择的大屏幕系统，单屏为178 cm(70 in)。为了能在整个大屏幕系统上显示清晰的画面，中心控制室内的所有视频信号在由现场传输到控制室后通过视频分配器分成2路，1路进入控制室的数字硬盘录像机，另1路进入视频切换矩阵。进入视频切换矩阵后根据需要输出8路视频信号到大屏幕显示。同时视频矩阵还输出另外8路视频信号到PMCC，供PMCC的大屏幕显示。PMCC与各中心控制室的视频切换矩阵间的相互调用通过视频光端机的RS-422接口实现。具体方案示意如图2所示。

图2 CCTV视频在大屏幕上显示连接示意

2 生产调度管理中心数据处理方案

2.1功能简介

PMCC主要实现对生产过程中重要参数的监视，生产报表的打印和设备信息的管理。

建立统一的全厂范围内的数据平台，主要是从过程控制系统(DCS，PLC)收集和存储包括过程变量、过程报警、系统报警、工作记录等实时数据和信息等。该数据平台将所收集的数据加工成新的信息资源，提供给调度人员，供决策使用。该系统提供开放的数据接口，为将来全厂信息系统全面集成奠定基础。

2.2方案介绍

2.2.1实时数据库的选择

由于全厂的DCS具有很高的安全性、开放性、先进性、可扩展性，因而选用Uniformance PHD作为实时数据库采集平台，为后续项目打好信息化平台基础。

2.2.2系统结构

1) 数据接口。EPKS服务器，可以利用内部接口与PHD进行通信；其他厂家控制系统或PLC，只要支持OPC通信，即可进行数据通信，同时也可定制开发数据采集数据交换接口。

2) 采用缓存服务器—主服务器结构。来自DCS，PLC等控制系统的数据，先传输到EPKS或OPC服务器，缓存服务器负责从EPKS或OPC服务器获取相关数据，主服务器与缓存服务器同步更新，当主服务器与缓存服务器间的网络发生故障时，则数据可先保存在缓存服务器中，待网络恢复后，这部分终端数据可自动上传到主服务器。

3) 缓存服务器和主服务器之间采用防火墙。为防止病毒侵入DCS，造成系统故障，应严格禁止除数据库主服务器外的机器对EPKS服务器和OPC服务器的访问，确保底层控制系统的安全性。

4) 磁盘阵列。数据安全是整个数据采集、存储系统的关键，因而采用了PHD主服务器加磁盘阵列双机冷备的配置，2台PHD服务器硬件配置及安装的软件完全一致，设置PHD数据文件到磁盘阵列。当运行的服务器出现故障时，人工切换到另1台PHD冷备服务器，不会影响数据采集。

2.2.3系统安全设计

对于生产控制中心来说，由于直接与生产过程相关，因而系统安全是整个系统设计中必须考虑的重点。系统安全主要包括网络安全与数据安全两部分。

1) 网络安全。由于PMCC的网络与控制系统连接，因而必须保证网络安全，避免对生产造成不利影响。经过安全评估与需求分析，网络安全体系包括操作系统级控制、硬件防火墙、防病毒系统、网络访问规则设置等。

2) 数据安全。数据信息是公司生产控制中心的基础，涉及公司的经济和技术秘密，不能随意泄漏和更改，因而保证数据安全是系统正常运行的基本要求。数据安全设计主要包括数据采集、数据备份、数据访问等。

3 结束语

该项目采用了当前主流的、最先进的系统配置，极大地提高了项目的自动化控制水平，为今后装置的安全、平稳运行打下了良好的基础。

[1]童秋阶.浅谈提高DCS应用水平[J].石油化工自动化,2011,47(03)： 1-5.

[2]林融.过程自动化技术在石化工业中的应用趋势与战略思考[J].石油化工自动化,2011，47(04)： 1-9.

[3]翁维勤，孙洪程.过程控制系统及工程[M].北京:化学工业C1计算块用来计算催化剂溶液中EG的瞬时流量值，其计算公式为0.98qm3；C2计算模块用来计算n(EG)/n(PTA)的值，其计算公式为[166.13(0.98qm3+qm2)/1000]/(62.07qm1)；K比值计算块根据PTA的瞬时流量值计算需加入EG的质量，其计算公式为[SP(62.07×1000qm1)]/166.13，其输出作为FRC2常规PID控制模块的设定值SP；SP值根据工艺要求手动给定；C3计算块根据PTA的瞬时流量值计算所需催化剂溶液的瞬时质量流量，其计算公式为(10×170×qm1)/0.862×42×2，其输出作为FRC3常规PID控制模块的设定值。

3 结束语

根据工艺对象特性，设计出EG和PTA流量比值控制具有双闭环比值控制系统的性质，EG和催化剂溶液随动PTA的随动系统，能够很好地克服干扰的影响，使控制变得比较平稳，而且也确保了EG和催化剂溶液、PTA总量基本不变。

参考文献：

[1]余建林,陈金义,刘洪星,等.聚酯生产中乙二醇单耗高的原因和对策[J].聚酯工业，2008，21(04)： 29-33.

[2]刘豹.现代控制理论[M].北京： 机械工业出版社，1983．

[3]郑友海.用DCS实现聚酯装置催化剂溶液配制的批量控制[J].自动化应用,2012,53(03):39-41．

[4]赵明娟.聚酯生产用催化剂特性及配制[J].聚酯工业，2008，21(02)： 12-14．

[5]邵云.仪表维修工[M].山东： 中国石油大学出版社，2011．

[6]何衍庆，俞金寿.集散控制系统原理及应用[M].2版.北京： 化学工业出版社，2008．

[7]蔡尚峰.自动化控制理论(上册)[M].北京： 机械工业出版社，1981．

[8]郑友海，经洪峰，陈义良，等.用TPS实现聚酯主装置的集散控制[J].自动化应用,2012,53(03):70-72．

[9]赵华磊.TPS系统在国产化聚酯装置的应用[J].聚酯工业，2008，21(01)： 47-50．

[10]蒋慰孙，俞金寿.过程控制工程[M].北京： 烃加工出版社，1988．

ConfigurationPrincipleofMainControlSysteminCoaltoOlefinProject

Cao Hui

(China Coal Shanxi Yulin Energy amp; Chemical Co. Ltd., Yulin, 719000，China)

The typical application of DCS, SIS and CCTV in coal to olefin project, and the configuration principle, system structure and integration among different systems are introduced briefly. It is discussed in detail on how the PMCC realizes the whole plant process data’s acquisition, processing and display.

coal to olefin；distributed control system；safety instrument system；data acquisition；real-time database

稿件收到日期：2013-03-29，修改稿收到日期2013-06-14。

曹辉(1971—)，男，黑龙江双城人，1995年毕业于大庆石油学院生产过程自动化专业，获学士学位，现就职于中煤陕西榆林能源化工有限公司，一直从事控制系统的生产维护、系统升级、改造等工作。

TP273

B

1007-7324(2013)05-0043-03