中央控制室新模式及其应用

（中国石油 庆阳石化公司，甘肃 庆阳 745002）

中央控制室新模式及其应用

任礼道，刘克诚，刘珊，李玮

（中国石油 庆阳石化公司，甘肃 庆阳 745002）

介绍了采用集散控制方式，以中央控制室模式为全厂控制一体化的理念，实现了对全厂所有装置的分散控制、集中管理和信息资源共享。

分散；集中；操作；控制；系统

0 引言

庆阳石化分公司2010年扩能改造建成炼化生产装置15套和油品储运、动力站、辅助设施等全厂工程。新厂设计采用集散控制方式，设一个中央控制室，实现。中央控制室位于安全区域，还具有各装置技术人员、管理人员集中办公功能。

中央控制室的设计贯彻了人性化的设计原则，最大限度的降低了操作人员的疲劳感，创造了安全、高效生产的条件，全公司22名内操人员完成了全厂装置及公用工程系统操作监控。整个项目16个月时间完成建设，用半个多月时间全面打通所有系统流程，实现了一次开车成功，创造了综合性炼厂建设和开工的新纪录。2011年完成原油加工量350.01万吨，产品质量合格，环保达标。

1 技术路线及系统配置

1.1技术路线

按照“整体规划、技术集成、着力创新、精品炼厂、国内一流”的原则和“目前先进、五年不落后、十年不淘汰、三年一大修、十年不改造”的目标进行设计和建设。

以经济效益为中心，自动化仪表的设立必须有利于保证产品质量，挖掘设备潜力，节能降耗，提高劳动生产率，有良好投资回报率。

控制系统的总体原则为分散控制、集中操作、集中管理[1]。根据全厂工艺特点，采用一个中央控制室（CCR）对全厂进行控制、操作和监视，确保生产装置、公用工程及辅助设施在自动化控制和操作管理上统一协调。

控制系统与管理信息系统(MIS) 配有通讯接口，为实现企业管控一体化创造了条件。

采用以集散控制系统（DCS）为主体的自动控制系统，另设安全仪表系统（SIS）和可燃气体检测系统(GDS)，大型机组设机组监控系统（MCS）和机组诊断系统（MDS）， 仪表设备管理系统（AMS），在中央控制室建立实时数据库，实时数据库与工厂局域网相连。

在全厂的工艺装置或单元集中的地点，设置9个现场机柜室。控制站安装在现场机柜室内，通过冗余的铠装光缆与中央控制室的操作站进行通讯连接。控制系统网络通过OPC技术连接到工厂局域网和其他有关网络。

中央控制室采用抗爆结构，防火等级按二级设计［2］。本着以人为本的原则，采取减少噪音干扰措施，照度分布合理，光色宜人，没有眩光干扰，在操作室等人员集中的场合设置接近自然的光照，使人视觉舒适，不宜疲劳。控制室设事故照明和中央空调系统，保持室内基本恒温、恒湿；对空气进行过滤、除尘、杀菌，保持较高的新风置换率，营造了安全、健康的工作环境，适宜在封闭环境下工作［3］。

中央控制室设置感烟报警器，机柜间、UPS 间设自动灭火系统［4］，除常规的行政、调度电话和无线对讲机外，还设置了扩音对讲等完善的通讯系统，为使内操人员能够对现场情况有直观的了解，设有闭路电视监视和大屏幕显示系统, DCS 与大屏幕显示系统通讯。

1.2 DCS系统配置

全厂控制系统有18000多个I/O监控点，主装置DCS采用ABB IndustrialIT AC800F综合型DCS控制系统，公用工程采用浙江中控ECS-100系统。

AC800F DCS控制系统，将DCS和PLC功能之优点融为一体，并入现场总线技术和设备管理控制一体化思想,由过程控制和过程管理系统组成。过程控制系统完成设备控制、监测、操作等功能, 过程管理系统采用IndustrialIT G800软件平台完成系统过程管理，包括趋势记录、报表打印、动态数据库建立、工厂调度等功能。

1.2.1 DCS系统的主要特点

集DCS & PLC & FieldBus功能于一体的混合式控制器，系统最大容量可以挂接100对冗余的控制器和100个操作员站；系统提供了实时设备与资产的监视和管理功能，能对符合HART协议的仪表进行设备信息管理。

系统支持多种现场总线,如Profibus、FF总线、HART、CAN ，具有这些标准接口的设备可以无缝与系统通信，网络采用标准工业以太网，遵循TCP/IP协议；工程师站及操作员站支持微软 Windows XP操作系统；具备DDE，OPC，API等标准开放接口；Peer-to-Peer网络结构，节点可随意出入；现场控制器、I/O站可任意扩展。

系统OPC服务器接口即支持OPC DA数据服务器，也支持OPC AE事件和报警服务器功能。它即可以做OPC Server，也可以作为第三方OPC Server的客户端，能非常方便的将其它系统的数据集成到AC800F系统中。支持OPC Client 及OPC Server 两种数据访问方式。

1.2.2 系统配置

1）可靠性

全厂DCS为一套系统，其网络结构采用典型的分散控制模式，各装置既有独立性、又能相互联系。各装置控制单元独立设置，以保证在正常生产和开、停工过程中互不干扰，减少关联影响。各装置或单元的DCS控制站安装在现场机柜室，I/O卡件独立设置，以便维护。

2）操作性

全厂所有工艺装置均在中央控制室集中监控。分为联合装置区，在现场机柜室设置一台现场工程师站和1～2个操作员站，正常情况下设定为仅具备显示功能，开停工时可设定为具备显示操作功能。

3）扩展性

系统主干网采用冗余的以太网环网，并结合分布式星形网络结构，可以方便地增加网络站点，最多可挂接100个操作员站，100个现场控制器，主干网(以太网， TCP/IP协议)通讯速率为100MB/s；ProfiBus DP总线通讯速率为12MB/s，一条 ProfiBus DP总线上最多可挂接126个从站。

4）安全性

控制系统设置用户数据访问权限管理，系统可设16个用户组，1000个用户的权限。系统还能有效防止病毒的侵入。

图1 全公司的监控网络Fig.1 Full monitoring network of the company

5）冗余原则

系统有完备的设备和工作性能冗余，网络通讯设备和部件、控制站和检测站的处理器等功能卡、电源设备和部件、多通道控制及联锁回路的I/O卡1：1冗余；操作站具备工作冗余的功能；能在线诊断、报警、自动切换及维修。

6）通讯网络及设备

由于各个装置离中央控制室有300-1300米的距离，采用了100/1000MB/s光纤传输，TCP/IP协议工业以太网结构，遵循IEEE802.3标准，控制器与操作员站之间通讯采用的是对等模式，而非Server/Client结构。

7）时钟同步

本系统在中央控制室配置一台时钟，时钟接收 GPS（全球定位系统）卫星信号，通过以太网向SIS、MCS、GDS、BMS、MDS等其它系统提供时钟同步信号和同步服务。并通过光隔长线收发器分别向全厂各个控制区域的DCS控制器提供时钟同步信号。

8）DCS与其它控制系统的通讯连接

AC800F DCS提供多种与第三方设备的通讯， DCS配备与SIS、MCS、可燃GDS、电气综保、机组状态检测、专有设备、多点温度采集器等控制系统的冗余通讯接口，通过组态在DCS的操作站上能够显示所要显示的数据。

9）工厂管理网接口

AC800F DCS设置一个与工厂管理网的双向接口OPC服务器，基本方式为DCS配备网络服务器，挂接在DCS的局域通讯网上，通过该服务器把DCS与工厂管理网相连，把DCS中的过程数据传送到全厂实时数据库。

10）中央控制室设置

DCS在中央控制室设有34台操作站，每个操作站连接两个显示器，可同时监视两个画面；设有两台历史记录工作站，接在过程管理网络上，用于全厂DCS过程参数、给定值、调节器输出的的存储与管理；还设有两台设备管理站，用于所有HART设备的监管；生产调度室内设置两台只读显示操作站，作为调度监控站；会议室设一台监控站。

为了便于全厂生产控制、监视、操作和管理，将全厂控制系统的操作站按总流程和总平面划分成若干个操作区（一联合、二联合、聚丙烯、三联合、储运、公用工程操作区），布置在中央控制室内。装置内操在中央控制室集中操作，现场外操室保留单屏DCS操作站只作显示用，特殊情况下启用为操作站。

1.3其它控制系统设置

SIS、MCS、GDS、MDS独立于DCS 单独设置，方案基本一致；SIS 在中央控制室设置辅助报警灯屏和辅操台。

机组诊断系统(MDS)的状态监测站放在现场机柜间，通过冗余的光缆或局域网络连接到中央控制室设备监测系统服务器，通过终端计算机显示相关的信息。对大型机组运行状态进行分析和诊断，实现故障预维护。MDS 系统与工厂网络(PWN)通讯传输数据，便于管理维护人员及时了解设备运转情况。

GDS为独立设置的计算机监控系统，该系统具有远程I/ O 站的结构。在现场机柜室FCR 设远程I/O 站，控制器设在CCR机柜间。远程I/O 站与控制器通过冗余的铠装光缆进行通讯。在CCR 内按区设公共GDS 显示站。在每个FCR 内设1 个GDS 显示站。显示站用于可燃气体及有毒气体浓度指示、超限报警、测点位置显示。GDS 通过OPC 服务器与工厂实时数据库、DCS、CCTV 系统通讯。

AMS在中央控制室设两个仪表设备管理站，用于现场仪表运行状态的监测、组态、调校。建立了现场仪表信息数据库，将与DCS、SIS、MCS 等系统相连的智能仪表(HART协议)信息集中。

在中央控制室设置一套仿真培训系统(OTS),作为催化装置、加氢装置、重整装置、聚丙烯装置操作人员不同工况操作和异常情况的处理模拟培训考核。利用OTS可进行自动连锁关系试验。

全厂控制系统设统一的控制系统数据库，全厂的DCS、SIS、MCS、GDS、SCADA 等系统信息全部通过OPC技术进入该数据库。该数据库作为全厂网络的一个终端，厂内的各个终端或用户可以通过公司内部网络的相关权限调用数据库的相关内容。

DCS、SIS、F&GS、CCTV作为基础监控层，向全厂数据库提供基础实时数据，供其它系统调用。全厂自控系统结构分层：

第一层：常规过程控制层。由现场仪表及DCS、SIS等控制系统组成，实现生产过程检测、控制机生产数据处理和计算、人机对话等。

第二层：先进控制和优化控制层。由DCS的上位计算机完成，以实现工艺装置的进一步稳定操作和经济目标的最优控制。

在以上两层之上还有一层为信息管理层，由全厂管理信息系统（CIMS）实现，用以完成全厂生产经营和生产调度。该层由常规过程控制层提供接口，与CIMS系统通讯，实现生产数据共享。目前声场系统的班组一体化等系统完全调用相关实时数据，为有效监控装置的运行提供可能［5］。如图1所示。

2 技术创新点

炼油装置工艺复杂、工段多，控制系统种类多，不同控制系统间硬件、软件平台均不同，容易引发硬件不兼容，且不同系统之间通讯方式不同，存在通讯不能实时传输数据、网络阻塞。本项目系统选型力求统一，硬件及软件为统一版本，避免了硬、软件不兼容问题。且系统间相互独立，又具有统一性、开放性、可靠性、互联（备）性，满足了不同控制的要求，必要的信号通过通讯方式相互关联，做到了数据的共享［6］。

设置有OPC数据库服务器，由DCS等系统提供实时数据，满足其它系统使用。设置了可靠的网关和防火墙，保证网络的可靠和控制系统的安全运行。

各装置内操在控制中心集中操作，上下游紧密协作，确保生产装置、公用工程及辅助设施在自动化控制和操作

管理上统一和协调，减少了人员配置，确保应急处理和快速响应能力，提高了劳动生产率。

设有一套OTS系统，实现了模拟培训。操作人员了解、学习不同工况操作和异常情况处理，避免失误，减少事故和风险。

AMS建立现场仪表数据库，将与DCS、SIS、MCS等系统相连的智能仪表(HART 通讯协议)信息集中管理维护。

有效实施内外操分离和全公司集中管理，在装置故障状态下最大限度的保证人身安全，为有效快捷处置各种故障提供协作条件。

3 意义及应用前景

如今炼化装置朝着大型化发展，分散控制、集中操作、集中管理控制策略下的中央控制室，上下游紧密协作，控制和管理统一和协调，营造了安静、优美、安全、健康的工作环境。随着自动控制、计算机及通讯技术的迅速发展，集散控制系统在控制精度、可靠性、智能化、灵活性、方便操作及开放性等方面都有了很大发展，更适合大型联合生产装置群的集中控制和管理。

控制系统全面计算机化、网络化，不仅能完成常规控制、又能完成先进控制、优化控制、全厂信息化，便于集中操作、管理和信息资源共享，节省了投资成本，大型炼化对资源利用率要求高，如水、电、气、原料等，每个工段对上下游都有明显的影响，采用中央控制室模式，便于优化整体运行控制，避免浪费。全厂控制系统设统一的数据库，作为全厂网络的一个终端，厂内的各个终端或用户可通过公司内部网络的相关权限调用数据库的相关内容为其它系统使用。

4 结束语

分散控制、集中操作、集中管理控制策略下的中央控制室模式在炼油、化工、发电、水泥等流程生产控制具有巨大的推广前景，便于操作管理上统一协调，资源共享，信息化管理、快速应急处理和响应，提高劳动生产率，有效提升管控水平。

[1]乐嘉谦．仪表工手册第二版[M]．北京：化学工业出版社，2003：490-491．

[2]王树青,乐嘉谦．自动化与仪表工程师手册[M]．北京：化学工业出版社,2010：861-862．

[3]陆德民．石油化工自动控制设计手册第三版[M]．北京：化学工业出版社,2000：856-857．

[4]吴永莉,孙金玲,罗雄麟．油田中心处理站火灾和气体监测报警系统设计[J]．化工自动化及仪表,2013,40(2)：140-144．

[5]陈海刚,张秀云,李练兵．基于网络与MCGS组态软件的光伏电站监控系统[J]．化工自动化及仪表,2013,40(11)：1382-1385．

[6]王森,晁禹,艾红．仪表工试题集控制仪表分册第二版[M]．北京：化学工业出版社,2003：144．

h实-----------补偿后液位值

ρ实---------补偿后的仪表密度值

ρ1t1----------补偿下限的温度和密度

ρ2t2----------补偿上限的温度和密度

通过以上温度补偿，可以减少0.8%左右的误差，这对于一个量程在25m左右的液位测量，实际效果是十分明显的。与磁性浮子液位计现场比对基本没有偏差，与进罐质量流量计的比对差值在0.1%以内。

3 结束语

对LPG的液位测量方法是多种的，特别是由于当今技术的发展、先进手段的运用，这似乎不是什么难题，但对于年久的球罐，如何运用好当今的技术，因地制宜地搞好技术升级，尤其是充分利用好现有的先进控制系统，在测量补偿方面做一些改进，如以上提到的辅以温度补偿3051S ERS方法，将大幅度提高现场测量的效果，提高测量精度，将起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求．GB17681-1999．

[2]测量不确定度评定与表示．JJF1059—1999．

[3]王永红．刘玉梅．自动检测技术与控制装置[M]．北京：化学反应出版社,2006．

收稿日期：2014-04-14

作者简介：王明虎，男，江苏淮安人，副总工程师。主要从事石油化工过程控制、供配电、动设备的技术管理。

The new Model and its Application of the Central Control Room

Ren Lidao, Liu Kecheng, Liu Shan, Li Wei
（China Petroleum Qingyang Petrochemical Company,Gansu Qiangyang 745002 China）

the author introduces the adoption of distributed control system based on the concept of central control room, achieving distributed control and centralized management over all the device in the plant and the sharing of information resources.

distributed; centralized; operation; control; system

TP29

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.017

2014-03-17

任礼道，男，仪表工程师，技术专家，从事石油炼化仪表及自动化专业。