1　項目背景

中天合創(chuàng )大型煤炭深加工DCS項目，依托于中天合創(chuàng )能源有限責任公司開(kāi)展的煤炭深加工示范項目。本項目由中天合創(chuàng )能源有限責任公司（ZTHC）、中石化寧波工程有限公司（SNEC）、中國石化工程建設有限公司（SEI）、中石化上海工程有限公司（SSEC）、浙江中控技術(shù)股份有限公司（SUPCON）等單位，分別從項目設計、系統研發(fā)、現場(chǎng)測試、開(kāi)車(chē)投用等方面進(jìn)行了聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。

本項目的開(kāi)展，對于提升國產(chǎn)自控系統的自主創(chuàng )新能力具有重要作用，通過(guò)DCS國產(chǎn)化應用攻關(guān)和工程使用，讓“中國創(chuàng )造”的DCS在這一世界級煤基甲醇制烯烴項目上取得重大突破，對于我國自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及我國煤化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的戰略安全都將產(chǎn)生深遠的影響。

2　實(shí)施案例與應用

2.1　網(wǎng)絡(luò )結構

本項目采用中控的ECS-700過(guò)程控制系統，ECS-700系統是WebField系列控制系統之一，是在總結JX-300XP、ECS-100等控制系統廣泛應用的基礎上設計、開(kāi)發(fā)的面向大型聯(lián)合裝置的大型高端操作系統，其融合了先進(jìn)的控制技術(shù)、開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)標準、工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)等，承擔著(zhù)生產(chǎn)鏈上“工業(yè)控制大腦”的職責。

工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)是系統穩定運行的重要基礎。就網(wǎng)絡(luò )穩定性來(lái)講，大型煤炭深加工項目DCS網(wǎng)絡(luò )結構設計時(shí)應考慮分散風(fēng)險與數據隔離，同時(shí)要關(guān)注到統一的監控、生產(chǎn)管理和調度。本項目根據不同區域的安全等級需求劃分不同的安全區域，不同安全區域實(shí)現隔離和可控的訪(fǎng)問(wèn)。

圖1 網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

ECS-700可以使用各種國際規約通訊協(xié)議與其他設備或系統進(jìn)行數據交換。但是為了便于維護，中天合創(chuàng )項目中所有第三方系統與DCS的數據交換采用統一的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議在基礎控制層把各個(gè)PLC與DCS系統進(jìn)行連接，各PLC的數據全部集中到DCS系統中。

管控一體化是以自動(dòng)化控制系統為基礎，通過(guò)對企業(yè)生產(chǎn)管理、過(guò)程控制等信息的處理、分析、優(yōu)化、整合、存儲、發(fā)布，運用現代化企業(yè)生產(chǎn)管理模式建立覆蓋企業(yè)生產(chǎn)管理與基礎自動(dòng)化的綜合系統。本項目通過(guò)配置DCS OPC服務(wù)器為管理網(wǎng)提供準確的實(shí)時(shí)數據，操作數據系統ODS對數據進(jìn)行記錄和處理，并通過(guò)生產(chǎn)制造執行系統軟件MES以Web發(fā)布的方式把生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布。管理者可以用IE瀏覽器通過(guò)企業(yè)管理網(wǎng)登陸Web服務(wù)器，查看實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。

圖2 管控一體化示意圖

就網(wǎng)絡(luò )安全性來(lái)說(shuō)，本項目控制網(wǎng)內的電腦，全部配置了McAfee Application Control防病毒軟件，L4層管理網(wǎng)的電腦全部配置了卡巴斯基殺毒軟件。McAfee 對可執行程序進(jìn)行了嚴格保護管理，禁止程序的任意使用、安裝，確保在系統中只運行受信任的應用程序。若有其他非白名單中的應用程序（包括病毒）嘗試運行將會(huì )被軟件阻止，并在系統日志中進(jìn)行記錄，以此減少來(lái)自未經(jīng)授權應用程序的風(fēng)險，實(shí)現更強大的終端、服務(wù)器和固定設備的控制。

2.2　應用情況

大型煤炭深加工項目的控制方案主要由工藝包廠(chǎng)家和設計院，中控負責控制方案的實(shí)現。其中包括氣化爐氧煤比控制、聚丙烯出料閉鎖料斗控制以及高壓聚乙烯復雜回路控制。在控制方案的實(shí)現過(guò)程中，組態(tài)程序應嚴格根據控制方案的要求編寫(xiě)，同時(shí)應遵守組態(tài)設計規范的各項規定。

在保證生產(chǎn)安全可靠的前提下，本項目又增加了以下智能輔助系統：

（1）管理系統軟件（SAMS）

浙江中控技術(shù)股份有限公司設備管理系統軟件（SAMS軟件），提供一個(gè)設備管理與維護平臺，使先進(jìn)的智能設備發(fā)揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本。

ECS-700系統中的HART智能儀表設備信息可通過(guò)控制站中的HART信號I/O模塊AI713-H、AO713-H傳輸到SAMS數據服務(wù)器，從而實(shí)現智能設備的管理與維護。

圖3 SAMS網(wǎng)絡(luò )結構

中天合創(chuàng )項目每個(gè)裝置都配置了一套SAMS軟件，配置1臺AMS服務(wù)器和1臺AMS客戶(hù)端。通過(guò)SAMS軟件的使用，實(shí)現HART智能儀表的在線(xiàn)維護，減少維護人員工作量并降低維護成本。

為了讓報警更加合理，中天合創(chuàng )項目MTO裝置配置了高級報警管理系統（AAS）。通過(guò)AAS系統的使用，針對性地優(yōu)化了MTO裝置DCS的報警，控制MTO裝置的報警在KPI性能指標要求范圍內，比未配置AAS系統的裝置報警量減少30%以上，大大減少了各種錯誤報警對操作人員的干擾。

（2）操作員仿真培訓軟件（OTS）

同時(shí)，為了滿(mǎn)足操作員仿真培訓的要求，中天合創(chuàng )項目在最關(guān)鍵的MTO裝置上配置了OTS系統。

圖4 OTS仿真培訓系統結構

OTS的主要目標是為操作員提供早期的培訓和再訓練，同時(shí)也是對DCS的校驗。通過(guò)OTS系統的仿真培訓，MTO裝置的操作員對裝置流程、開(kāi)停車(chē)及故障處理等內容非常熟悉。同時(shí)在仿真培訓過(guò)程中校驗DCS系統，對DCS的控制方案、流程畫(huà)面提出優(yōu)化建議，使得DCS系統更加符合工藝操作需求。

3　項目創(chuàng )新與成果

3.1　技術(shù)創(chuàng )新

如何運用工業(yè)以太網(wǎng)安全技術(shù)，建立連續生產(chǎn)過(guò)程的高安全性、高可靠性操作系統，來(lái)滿(mǎn)足集成化生產(chǎn)的需要是中天合創(chuàng )項目技術(shù)的難點(diǎn)。為此，中控ECS-700操作系統做出以下設計方案：

（1）ECS-700操作系統設計應滿(mǎn)足新型煤化工煤制烯烴等高?；ぱb置大規模生產(chǎn)的過(guò)程控制、檢測、優(yōu)化與管理的DCS應用方案，系統的通訊網(wǎng)絡(luò )應能通過(guò)標準的通訊接口與工廠(chǎng)管理網(wǎng)相連，滿(mǎn)足集成化生產(chǎn)的需要；

（2）設計和分配合理的DCS的控制站數量，能滿(mǎn)足該類(lèi)化工裝置常規過(guò)程控制的功能及速度要求，應具備連續過(guò)程控制、連鎖控制和一般順序控制的功能，保證網(wǎng)絡(luò )控制器間可以實(shí)現控制數據讀寫(xiě)；

（3）從管控一體化的角度考慮，合理設計IDM、ODS、AAS、OTS系統方案以及和DCS的接口，充分考慮各子系統的自身的可靠性，互聯(lián)的安全性，數據的一致性。保證本項目的生產(chǎn)運行、調度和管理工作高效而可靠。開(kāi)發(fā)適用于煤制烯烴裝置的聯(lián)合生產(chǎn)控制的工程組態(tài)方案，提高產(chǎn)品適應性，縮短工程調試周期，提高在同類(lèi)裝置上的投運效率。

3.2　技術(shù)成果

該項目是國產(chǎn)DCS首次在大型煤炭深加工聯(lián)合裝置上實(shí)現應用，取得的主要技術(shù)成果有以下幾點(diǎn)：

（1）DCS實(shí)際I/O通道點(diǎn)數規模已到20萬(wàn)點(diǎn)以上，該項目采用的大規模DCS控制系統網(wǎng)絡(luò )結構的配置，滿(mǎn)足了項目管控一體化的要求，具備了智能化工廠(chǎng)的數據平臺，并取得了初步應用；

（2）該項目采用控制系統冗余、容錯可靠性的設計，解決了DCS超大規模網(wǎng)絡(luò )的穩定性，平均無(wú)故障運行時(shí)間（MTBF）超過(guò)100萬(wàn)小時(shí)，DCS系統投運至今，目前已連續穩定運行3年多；

（3）該項目開(kāi)發(fā)國產(chǎn)DCS多種數據交互接口，實(shí)現DCS與AMS、ODS、AAS、OTS等系統的數據相互交換與共享；

（4）I/O模塊快速掃描周期最快可達20ms，滿(mǎn)足工藝對100ms甚至50ms的響應時(shí)間要求；

（5）對現有的順序控制功能模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和提升，滿(mǎn)足甲醇區域和烯烴區域對復雜控制回路和順控的要求。

4　問(wèn)題及解決方案

本項目在實(shí)施過(guò)程中也遇到了一些具有挑戰性的問(wèn)題，研發(fā)團隊在共同配合下一一予以解決，表1是所遇到的問(wèn)題列表及采用的解決方案：

5　項目意義

中天合創(chuàng )項目是在中國石化物資裝備部的指導下，業(yè)主單位牽頭工程公司、制造企業(yè)等成功進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，有助于產(chǎn)品行業(yè)適應性，提升產(chǎn)業(yè)化研究能力，大大縮短技術(shù)研究和工程化研究時(shí)間，這種創(chuàng )新性的合作模式成為重大裝備國產(chǎn)化的應用典范。在研制單位的共同努力下，為國產(chǎn)DCS在大型復雜化工裝置的應用提供了關(guān)鍵平臺。在國產(chǎn)DCS制造商出色的產(chǎn)品研發(fā)能力和工程服務(wù)能力的作用下，共同促進(jìn)國產(chǎn)DCS在大型復雜化工裝置的應用邁出關(guān)鍵的一步。

中控作為國內優(yōu)秀的自主控制系統集成商、核心智能裝備提供商，以及國內核心自主工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商，擁有智能制造領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)的研發(fā)、工程應用人才團隊，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，助力該項目實(shí)現國產(chǎn)控制系統規模的重大突破。項目首次成功實(shí)現超大規模煤制烯烴項目DCS國產(chǎn)化，其成果完全可應用和推廣至大型蒸汽裂解制乙烯等項目。為保證我國煤化工、石油化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的戰略安全助力，使中石化下屬企業(yè)及工程公司自主研發(fā)的專(zhuān)有技術(shù)裝上“國產(chǎn)大腦”。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年7月刊