編者按：

擁有中國自主知識產(chǎn)權的DCS經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，在硬件產(chǎn)品與軟件上均有長(cháng)足的進(jìn)步，在自動(dòng)化控制應用的各行業(yè)，如石油、化工、電力、冶金、食品制藥、建材等均已逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品?；谧灾骱诵漠a(chǎn)品，和利時(shí)可以為石化行業(yè)提供DCS+SIS+ITCC為核心的一體化過(guò)程控制和過(guò)程安全保護系統，向下集成公司的安全柵和儀表，向上集成公司的Batch、APC、SCADA、MES、AMS和OTS產(chǎn)品，并可與工業(yè)云平臺連接，形成橫向和縱向的全廠(chǎng)一體化解決方案，推動(dòng)工廠(chǎng)的自動(dòng)化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化、信息化和智能化。

本文詳細介紹了和利時(shí)所負責的海南60萬(wàn)噸/年對二甲苯（PX）項目，該項目填補了和利時(shí)PX項目的業(yè)績(jì)空白，標志著(zhù)其已經(jīng)實(shí)質(zhì)性地進(jìn)入了中石化大型化工聯(lián)合裝置項目，為和利時(shí)在石化領(lǐng)域長(cháng)遠持續的發(fā)展提供了重要的業(yè)績(jì)支撐，為其進(jìn)入化工大型乙烯裝置奠定了基礎，同時(shí)也為與中石化長(cháng)遠和深入的業(yè)務(wù)合作提供了廣闊的空間和前景。相信不遠的將來(lái)，國產(chǎn)DCS一定能夠走向國際化。

1　項目背景

對二甲苯（PX）主要用于制造對苯二甲酸，可用于化工及制藥工業(yè)等，也是用于生產(chǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的重要中間體。PET纖維又稱(chēng)聚酯纖維或滌綸纖維，是一種常用的化學(xué)合成纖維。PET樹(shù)脂是一種重要的透明塑料原料，用于生產(chǎn)飲料和食用油脂包裝、平板顯示器基材、車(chē)用和建筑用太陽(yáng)膜等。PX（對二甲苯）市場(chǎng)需求正日益增大。中國石化是石油化工行業(yè)中當之無(wú)愧的領(lǐng)軍企業(yè)，其堅持走自主創(chuàng )新之路，其中PX成套技術(shù)工藝包開(kāi)發(fā)是中國石化十條龍攻關(guān)項目之一，本項目是中國石化海南煉油化工有限公司（海南煉化）建設的年產(chǎn)60萬(wàn)噸/年P(guān)X項目。

2　目標與原則

該PX項目工藝采用中石化自有產(chǎn)權工藝包，工藝控制復雜。同時(shí)具有大型石化項目共有的高溫高壓，易燃易爆的特點(diǎn)。其要求DCS既要有強大的功能，可以完成所有的復雜工藝控制需要，同時(shí)還要有完善的安全機制。和利時(shí)MACS V6系統是和利時(shí)最新一代DCS系統，設計過(guò)程充分采用了安全系統的設計理念，吸取國際工業(yè)電子技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的最新成果，嚴格遵循國際先進(jìn)的工業(yè)標準，采用全冗余、多重隔離、熱分析、容錯等可靠性設計技術(shù)，從而保證系統在復雜、惡劣的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境中能安穩長(cháng)滿(mǎn)優(yōu)地運行。

3　項目構成

海南煉化60萬(wàn)噸/年對二甲苯項目包括PX聯(lián)合裝置和系統配套設施，由LPEC和SEI共同承擔工程設計，其中PX莊子包括：芳烴抽提、歧化及烷基化轉移、異構化、吸附分離、二甲苯精餾、聯(lián)合裝置公用工程等。

海南煉化60萬(wàn)噸/年P(guān)X項目，是完全采用中國石化自主知識產(chǎn)權建設的國內首套大型工業(yè)化芳烴裝置。包括PX聯(lián)合裝置和系統配套設施兩部分，PX聯(lián)合裝置包括：60萬(wàn)噸/年芳烴抽提裝置、90萬(wàn)噸/年歧化及烷基轉移裝置、266萬(wàn)噸/年異構化裝置、327萬(wàn)噸/年吸附分離裝置、385萬(wàn)噸/年二甲苯精餾裝置、聯(lián)合裝置公用工程，共6個(gè)裝置單元；系統配套設施包括：原料罐區、產(chǎn)品罐區、火炬設施、循環(huán)水場(chǎng)等4個(gè)主要單體。

項目新建一個(gè)聯(lián)合控制室，兩個(gè)現場(chǎng)儀表機柜間，實(shí)現了在聯(lián)合控制室對聯(lián)合裝置和配套系統設施進(jìn)行生產(chǎn)操作、控制和監視、歷史數據存儲、現場(chǎng)智能設備管理，每個(gè)現場(chǎng)儀表機柜間設置工程師站兼操作站，滿(mǎn)足了開(kāi)、停工階段使用和外操人員日常監視?，F場(chǎng)儀表機柜間與聯(lián)合控制室、馬達控制中心（MCC）中的遠程I/O與現場(chǎng)儀表機柜間之間采用單模冗余鎧裝光纜連接，DCS系統地域分布如圖1所示。

圖1 DCS系統地域分布

4　系統的網(wǎng)絡(luò )結構及規模

4.1　網(wǎng)絡(luò )體系結構

為了實(shí)現生產(chǎn)單元之間獨立監視且能調用其它生產(chǎn)單元部分監視點(diǎn)，當某生產(chǎn)單元控制系統出現故障時(shí)，不影響其它生產(chǎn)單元，采用區域化和集中化并存設計方案，即（1#域：調度系統；2#域：芳烴抽提裝置和歧化裝置；3#域：吸附分離、異構化、二甲苯精餾裝置；4#域：原料罐區、產(chǎn)品罐區、循環(huán)水場(chǎng)、火炬）共分為4個(gè)區域，每個(gè)域有獨立的現場(chǎng)控制站、配電柜、交換機、工程師站、操作站，完成相對獨立的數據采集和控制功能，最后通過(guò)三層交換機路由功能，實(shí)現區域之間控制站、操作站能相互訪(fǎng)問(wèn)，形成網(wǎng)絡(luò )結構豐富（內有本區域網(wǎng)絡(luò )構架、外有區域之間網(wǎng)絡(luò )架構）、網(wǎng)絡(luò )變量豐富、數據量豐富的DCS系統結構?，F場(chǎng)主控單元、系統電源、系統網(wǎng)絡(luò )、和控制回路的I/O模塊均按1:1冗余配置，提高了系統的可靠性，所有設備都具有自診斷功能和無(wú)擾動(dòng)更換技術(shù)。每個(gè)域均配置了兩臺工程師站，其中一臺放置于聯(lián)合控制室，另一臺放置于現場(chǎng)儀表機柜間，利用主從工程師站技術(shù)，每臺工程師站均配置防火墻以及利用交換機功能限制大包數據、防止網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴。豐富的通訊與來(lái)自下屬系統SIS、MCS、DEH、CCS、現場(chǎng)儀表以及與MES完美通訊，完成強大的完整的全廠(chǎng)控制系統，網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖2所示。從而使得系統具有以下特點(diǎn)：

（1）區域化分布于現場(chǎng)，集中于中央控制室，系統功能完美強大。

（2）區域之間相互獨立互不影響，方便管理維護。

（3）硬件冗余配置，系統安全性高。

（4）具有極強的防病毒傳播、防網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴、防止網(wǎng)絡(luò )癱瘓。

（5）網(wǎng)絡(luò )結構豐富，可分散與集中控制、監視、操作。

（6）通訊豐富，支持OPC、Modbus、AMS等。

圖2 系統網(wǎng)絡(luò )體系結構

MACS V6系統結構配置靈活，通過(guò)簡(jiǎn)單的配置可以把系統定義為對等結構、C/S結構或者混合結構。配置為C/S結構的操作員站，通訊依賴(lài)于歷史站；配置為獨立操作站即為P-P結構，不依賴(lài)歷史站，可以單獨完成系統各種功能。C/S結構與P-P結構在一個(gè)系統中可以同時(shí)配置，既能規避兩種網(wǎng)絡(luò )結構的弊端，又能充分發(fā)揮兩種網(wǎng)絡(luò )結構各自的優(yōu)勢，提供通訊效率的同時(shí)，大大降低網(wǎng)絡(luò )流量。

網(wǎng)絡(luò )安全方面，根據不同的域，MACS V6系統將網(wǎng)絡(luò )劃分為四個(gè)獨立網(wǎng)段的VLAN，然后通過(guò)三層網(wǎng)絡(luò )交換機的路由功能，實(shí)現各域間的通訊共享，網(wǎng)絡(luò )交換機采用1:1冗余設置。MACS V6系統主控單元本身具備網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴診別與防范機制，并且每個(gè)交換機端口均進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò )的流量限制，避免了發(fā)生網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴的可能，在FAT階段進(jìn)行的防網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴測試，驗證系統不會(huì )因為網(wǎng)線(xiàn)錯插，或者某一臺機器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴而對其他機器及主控產(chǎn)生影響。每臺工程師站和OPC通訊站均通過(guò)硬件防火墻連接到交換機，硬件防火墻采用白名單模式，只允許列入白名單的系統標志數據傳輸，有效地抑制了病毒的傳播。

GPS時(shí)鐘同步：MACS V6系統設置一個(gè)GPS時(shí)鐘同步服務(wù)器，所有操作員站、控制站的時(shí)鐘通過(guò)GPS服務(wù)器進(jìn)行周期自動(dòng)校時(shí)，實(shí)現了DCS、SIS、CCS、MCS等系統的時(shí)鐘同步。

4.2　項目系統規模及I/O配置

海南煉化60萬(wàn)噸/年P(guān)X項目是目前國內PX行業(yè)規模較大的聯(lián)合裝置，項目設計點(diǎn)數為5000余點(diǎn)，實(shí)際配置點(diǎn)數為6000余點(diǎn)。MACS V6系統的I/O卡件全部采用隔離式，用于控制的AI/AO、四線(xiàn)制AI、現場(chǎng)接地的AI卡件采用通道隔離式。每個(gè)AI、AO卡件及主控本身均帶有智能HART芯片。所有I/O卡件插槽預留20%槽位，預留20%已接好線(xiàn)的I/O卡件作為備用。

5　控制方案

該項目用到了很多控制方案, 如：?jiǎn)位芈房刂?、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制、三沖量控制，還有泵的自啟動(dòng)、停止邏輯控制，泵罐隔離聯(lián)鎖邏輯、精密過(guò)濾器順控、壓縮機系統的負荷控制、機組聯(lián)鎖邏輯等。常見(jiàn)的單回路控制、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制等本文就不再贅述。

5.1　三沖量控制

三沖量即有三個(gè)變量信號，蒸汽流量FI75031、汽包液位LI75031、給水流量FI75032，如圖3所示。

圖3 汽包三沖量控制

當蒸汽負荷的變化引起液位大幅度波動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號的引入起著(zhù)超前的作用，它可以在液位還未出現波動(dòng)時(shí)提前使調節閥動(dòng)作，從而減少因蒸汽負荷量的變化而引起的液位波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。蒸汽流量前饋信號能克服因虛假水位引起的控制器誤動(dòng)作，改善負荷擾動(dòng)下的控制質(zhì)量；給水流量反饋信號能迅速消除給水流量的擾動(dòng)，穩定給水量；水位主信號能消除各種內、外擾動(dòng)對水位的影響，保證水位維持在允許的范圍內。

在汽包水位控制中，三沖量水位控制系統實(shí)質(zhì)上是前饋—串級控制系統。

5.2　精密過(guò)濾器順控

精密過(guò)濾器的運行和反洗各步驟可通過(guò)三種模式運行：“手動(dòng)模式”、“半自動(dòng)模式”、“自動(dòng)模式”。三種模式可以靈活切換。項目上使用兩臺精密過(guò)濾器，其中一臺過(guò)濾器運行結束后，另一臺精密過(guò)濾器可實(shí)現自動(dòng)切換運行，保證了過(guò)濾運行連續性的同時(shí)，精密過(guò)濾器的過(guò)濾效率。

6　與其它系統的連接

為了在DCS操作站可對其它系統進(jìn)行監視，MACS V6系統與安全儀表系統（SIS）、機組控制系統（CCS）、模擬移動(dòng)床控制系統（MCS）、分析儀表控制系統（PAS）、PLC、雷達液位計、伺服液位計等采用Modbus-RTU通訊，Modbus-RTU通訊實(shí)施簡(jiǎn)單方便 ，而且石化行業(yè)使用的儀表很多都支持Modbus-RTU通訊。與MES、罐區自動(dòng)化管理系統（TIS）之間采用OPC通訊，通訊接口、數據流量如表1所示。

表1 通訊接口、數據流量表

7　設備管理系統

設備管理系統主要是對現場(chǎng)儀表進(jìn)行管理，主要是變送器和閥門(mén)定位器，通過(guò)智能儀表HART通訊協(xié)議傳輸信息，進(jìn)行綜合維護管理。

自動(dòng)為檢測和控制儀表建立應用及維護檔案，實(shí)現預測維護管理，以保證儀表的可靠運行、減少維護工作量、提高設備的管理效率。

機組及特殊工藝設備的儀表和控制系統，由機組及特殊工藝設備配套，并與DCS通訊。

HOLLiAS 設備管理系統的總體架構如圖4所示。

圖4 設備管理系統總體架構圖

8　結語(yǔ)

海南煉化PX項目各項指標大幅領(lǐng)先行業(yè)指標，一舉打破了國外PX成套技術(shù)的壟斷，形成了具有中國石化技術(shù)特色的PX成套技術(shù)。各項指標要求極為嚴格，開(kāi)車(chē)各項指標系統均滿(mǎn)足要求，經(jīng)過(guò)項目開(kāi)車(chē)檢驗，和利時(shí)MACS V6系統用實(shí)力證明了應用在大型PX項目上是成功的。

和利時(shí)MACS V6系統自投運以來(lái)，設備運行穩定，安全可靠，可完全滿(mǎn)足各生產(chǎn)裝置的需要，在產(chǎn)品質(zhì)量、工程能力和服務(wù)質(zhì)量上深受客戶(hù)信賴(lài)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年2月刊