摘 要：以西門(mén)子PCS 7全集成自動(dòng)化控制技術(shù)為依托，青島大煉油成功實(shí)現全國首例煉油廠(chǎng)全廠(chǎng)的DCS控制。青島大煉油全廠(chǎng)DCS控制系統的成功應用，不但實(shí)現了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰略目標，更在高效、節能、環(huán)保等方面做到了全方位的創(chuàng )新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統的價(jià)值典范。

　　關(guān)鍵詞：DCS PCS 7 全廠(chǎng)自動(dòng)化

　　前 言

　　由于我國工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車(chē)消費市場(chǎng)成長(cháng)迅速，能源的需求日益旺盛，導致我國成品油市場(chǎng)一度出現“油荒”現象。在煉油環(huán)節，我國煉油行業(yè)一直以來(lái)存在煉廠(chǎng)數量多、規模小、效率低下等問(wèn)題，煉油行業(yè)亟需加快大型化、集約化的發(fā)展步伐。因此，近年來(lái)，千萬(wàn)噸煉油、大型煉油基地成為國內石油加工行業(yè)的熱門(mén)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(wàn)噸煉油能力的煉油企業(yè)，投產(chǎn)后可實(shí)現年加工進(jìn)口原油1000萬(wàn)噸，每月可為國內市場(chǎng)增加成品油供應近60萬(wàn)噸，能有效緩解成品油供應緊張的局面，降低我國高價(jià)成品油的進(jìn)口量。同時(shí)，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(chǎn)業(yè)布局、打造環(huán)渤海灣煉化產(chǎn)業(yè)集群的重大戰略項目，青島大煉油主要技術(shù)經(jīng)濟指標均達到國內先進(jìn)水平，整體技術(shù)裝備和技術(shù)水平處于國內領(lǐng)先地位。青島煉化廠(chǎng)區總占地面積達到222.1公頃，但整個(gè)廠(chǎng)區僅需500人管理，這得力于其全廠(chǎng)采用了全集成的自動(dòng)化控制系統，不但實(shí)現了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰略目標，更在高效、節能、環(huán)保等方面做到了全方位創(chuàng )新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統的價(jià)值典范。

　　綠色煉油

　　石油加工過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生各種污染環(huán)境的物質(zhì)——廢水、廢氣、廢渣，這些污染物不僅污染了環(huán)境，還造成了物料和能量的大量流失與浪費。長(cháng)久以來(lái)，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(gè)單系列千萬(wàn)噸級煉油項目——青島大煉油，也曾受到人們的諸多質(zhì)疑。它是否能像預期的那樣：“實(shí)現經(jīng)濟效益和環(huán)境效益俱佳”？是否能實(shí)現規模經(jīng)濟？是否能實(shí)現循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式？是否還能保持西海岸紅瓦綠樹(shù)、碧海藍天的居住環(huán)境？

　　面對質(zhì)疑，青島大煉油迎難而上，率先引入綠色煉油、清潔生產(chǎn)的理念，從原料處理、加工到產(chǎn)品精制，均采用先進(jìn)工藝技術(shù)；工藝裝置和系統工程，均采用集成化的節能技術(shù)；生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理采用全廠(chǎng)DCS控制系統，使得整個(gè)項目“技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保領(lǐng)先、規模經(jīng)濟”的鮮明特征凸顯。

　　綠色煉油、清潔生產(chǎn)的核心內容是通過(guò)全廠(chǎng)自動(dòng)化、信息化的大力建設，促進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理過(guò)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(yōu)化了資源配置、控制了環(huán)境污染。

　　綠色煉油、清潔生產(chǎn)是青島大煉油實(shí)施可持續發(fā)展戰略、提高市場(chǎng)競爭力、實(shí)現環(huán)境效益和經(jīng)濟效益“雙贏(yíng)”的有效途徑。


　　不二選擇

　　青島大煉油全廠(chǎng)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(chǎn)設施組成，主要工藝裝置包括：1000萬(wàn)噸/ 年常減壓、250萬(wàn)噸/年延遲焦化、150萬(wàn)噸/年連續重整、410萬(wàn)噸/年柴油加氫、200萬(wàn)噸/年重油催化裂化、260萬(wàn)噸/年重油加氫脫硫、260萬(wàn)噸/年加氫裂化、20萬(wàn)噸/年聚丙烯等等，其中，9套裝置創(chuàng )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(shù)新、人員少，無(wú)疑對過(guò)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(gè)方面都提出了非常高的要求，尤其是以下三點(diǎn)，更是決定了項目的成?。?br />
　　1)控制精度。煉油過(guò)程結合了精煉和化學(xué)處理過(guò)程，原油被按分子重量分成幾個(gè)部分，這幾個(gè)部分再被熱能和催化劑作用裂解成其他更加有用的產(chǎn)品，整個(gè)煉油過(guò)程的關(guān)鍵就在于是否能實(shí)現對各項參數的嚴密高精度控制。同時(shí)，煉油廠(chǎng)能否盈利就要看每桶原油提煉出的高質(zhì)量產(chǎn)品的數量，而獲取每桶原油最大產(chǎn)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(guò)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(chǎng)正常運行的基本保證之一。

　　3)控制性能。大煉油的全廠(chǎng)過(guò)程控制系統中有幾萬(wàn)個(gè)I/O點(diǎn)，要求系統必須能夠在同一時(shí)間對成千上百個(gè)P I D回路進(jìn)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(jīng)過(guò)多方篩選和抉擇，全集成的、結構完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的SIMATIC PCS 7過(guò)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(chǎng)DCS系統的不二選擇。談到為什么選擇PCS 7，青島大煉油機動(dòng)工程部主管陳主任指出：“運營(yíng)、管理的獨到之處，控制器的強大、可靠，以及西門(mén)子可信賴(lài)的專(zhuān)業(yè)性”都是PCS 7的取勝法寶。

　　實(shí)施方案

　　全廠(chǎng)布局緊湊集中，生產(chǎn)裝置采用聯(lián)合布置，設一個(gè)中心控制室，生產(chǎn)裝置、公用工程及儲運系統、全廠(chǎng)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(jìn)行集中操作、控制和管理，各裝置及關(guān)鍵設備均設置了安全聯(lián)鎖保護系統（緊急停車(chē)系統），充分體現了“集約、高效、安全、穩定”的生產(chǎn)要求。

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

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



　　整個(gè)DCS控制系統的結構（詳見(jiàn)圖2）可以分為3層：控制器層，在該層實(shí)現對現場(chǎng)儀表的控制和監測邏輯；服務(wù)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(shí)掛在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )上，即連接操作員/服務(wù)器的以太網(wǎng)和連接控制器的CPU的工業(yè)以太網(wǎng)。工程師站用于完成控制畫(huà)面和控制策略的組態(tài)。

　　在控制器層和服務(wù)器層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱(chēng)為系統總線(xiàn)，它連接起所有的控制器和服務(wù)器，承擔數據交換的作用。在服務(wù)器層和操作員站層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱(chēng)為終端總線(xiàn)，它連接起所有的服務(wù)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(huán)網(wǎng)。當傳輸鏈路或環(huán)網(wǎng)中的SCALANCE X-400 交換機發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò )重構時(shí)間嚴格小于300ms，從而，大大增強了網(wǎng)絡(luò )的可靠性?！　?br />
　　系統總線(xiàn)通過(guò)冗余的光纜以星狀結構拓展至各個(gè)現場(chǎng)機柜室（FCR/FAR）?，F場(chǎng)控制器全部采用AS400（圖4）的高性能卡件，使組態(tài)，集成更為方便。

　　系統的現場(chǎng)級控制采用的是PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)，不僅簡(jiǎn)單實(shí)現了控制系統的冗余；同時(shí)，使得現場(chǎng)級控制網(wǎng)絡(luò )成為真正全分散、全數字化的控制網(wǎng)絡(luò )。系統I/O站選用的是高密度配置的ET200M模塊，ET200M通過(guò)兩個(gè)IM153-2總線(xiàn)接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線(xiàn)上。每個(gè)ET200M單元均由2個(gè)IM153-2總線(xiàn)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(chǎng)站的所需控制和采集的點(diǎn)數所決定。


　　技術(shù)優(yōu)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(guò)程控制系統，它將靈活的模塊化冗余技術(shù)以及統一的數據管理、通訊和組態(tài)等強大的性能組合在一起，是以經(jīng)濟、高效的方式組建和運行控制技術(shù)工廠(chǎng)的理想基礎。而SIMATIC PCS 7在青島大煉油全廠(chǎng)DCS控制系統中的應用，使其優(yōu)勢更加充分的顯現出來(lái)：

　　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(tài)工具、統一的數據庫，消除了DCS和PLC系統間的界限，真正實(shí)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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用。系統現場(chǎng)級控制采用的是PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的成功引入，大大簡(jiǎn)化了系統結構，降低了成本；加強了現場(chǎng)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(shí)現了真正全分散、全數字化的控制網(wǎng)絡(luò )。

　　4)大量冗余技術(shù)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?？梢詫?shí)現雙控制器冗余切換的功能，當主控的CPU出現故障時(shí)，另一個(gè)CPU自動(dòng)地接替主控CPU的工作，切換時(shí)間為毫秒級。

　　B）光纖冗余環(huán)網(wǎng)。全廠(chǎng)控制網(wǎng)采用全光纖冗余網(wǎng)絡(luò )結構，核心層為1GB光纖接口。不僅確保網(wǎng)絡(luò )在任意一點(diǎn)的斷開(kāi)都不會(huì )影響網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )，任何一個(gè)控制器的停機或I/O接口卡件的損壞都不會(huì )影響系統對I/O的訪(fǎng)問(wèn)。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(gè)控制器或通訊卡件的停機都不會(huì )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(xiàn)監測功能、在線(xiàn)插拔功能，保證了系統安全、長(cháng)時(shí)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(mén)子DCS系統的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)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(mén)子的模擬量模塊又叫萬(wàn)能卡。

　　7)系統的操作員站（OS）是“過(guò)程的窗口”。操作、維護以及監控人員都可以對操作員站的過(guò)程活動(dòng)進(jìn)行跟蹤，修改批量順序，編輯實(shí)際的過(guò)程數值，或同過(guò)程進(jìn)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(chǎng)設備庫，提供連續控制、順序控制及高級編程語(yǔ)言?，F場(chǎng)設備庫提供大量的常用的現場(chǎng)設備信息及功能塊，大大簡(jiǎn)化了組態(tài)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(wǎng)、PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)等開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )，具有很強的開(kāi)放性。

　　驕人成果

　　在西門(mén)子PCS 7過(guò)程控制系統的全程保駕護航下，青島大煉油順利實(shí)現了“當年投產(chǎn)、當年達標”預期目標，生產(chǎn)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(jìn)入國內煉油企業(yè)前列；不僅有效調整了國內煉油產(chǎn)業(yè)結構、提高了煉化企業(yè)國際競爭力；同時(shí)，給上下游企業(yè)帶來(lái)巨大商機，對西海岸石化產(chǎn)業(yè)鏈形成有力拉動(dòng)。

　　也正是在PCS 7過(guò)程控制系統的全面監控下，青島大煉油成功實(shí)現了全流程封閉的生產(chǎn)和循環(huán)回收利用，使得各項環(huán)保指標均達到國際先進(jìn)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(gè)百萬(wàn)千瓦級的燃煤電廠(chǎng)還要低得多。西海岸上，澄澈的藍天，碧藍的海水，翻飛的鷗鳥(niǎo)就是最好的見(jiàn)證。

　　環(huán)境效益和經(jīng)濟效益“雙贏(yíng)”局面的獲得，不僅使青島大煉油成為了石化領(lǐng)域跨世紀的一個(gè)樣本工程，而且，其全廠(chǎng)DCS控制系統也成為了過(guò)程控制領(lǐng)域跨世紀的一個(gè)樣本工程。同時(shí)，該項目的成功實(shí)施，也進(jìn)一步強化了西門(mén)子作為優(yōu)秀系統供應商和可信任的工程承包商的市場(chǎng)形象。

　　為了明天

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

　　過(guò)程控制系統是流程工業(yè)的“神經(jīng)”，也是工業(yè)信息化建設的重要內容。長(cháng)期以來(lái)，我國石化等流程工業(yè)的過(guò)程控制系統被數家傳統DCS公司所壟斷。正是由于此次西門(mén)子PCS 7在青島大煉油項目中的成功實(shí)施，使得我國石化行業(yè)過(guò)程控制系統長(cháng)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(yè)引入了全新的控制產(chǎn)品，更引入了全新的控制理念。有了更多的產(chǎn)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(fā)展。

　　由于石化行業(yè)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(fā)展起來(lái)的，因而，長(cháng)期以來(lái)，西門(mén)子PCS 7處于一種比較尷尬的境地，有人說(shuō)其為PLC，有人說(shuō)其為DCS。而此次西門(mén)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(yōu)秀品質(zhì)，更展現了其特有的優(yōu)勢。使人們完全摒除了原有對于DCS系統認識的一些陳舊觀(guān)念，這不僅為PCS 7帶來(lái)了更廣闊的發(fā)展空間，也為更多過(guò)程控制領(lǐng)域帶來(lái)了一種可靠、可信賴(lài)的新選擇。

　　青島大煉油在西門(mén)子全集成自動(dòng)化過(guò)程控制系統的幫助下實(shí)現了經(jīng)濟效益與環(huán)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(dòng)區域產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。青島大煉油的成功穩定運行，為我國煉油產(chǎn)業(yè)結構的調整打了一劑強心針，加快了我國煉油行業(yè)大型化、集約化的發(fā)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(gè)。

　　大系統最大的挑戰和考驗其實(shí)是時(shí)間，青島大煉油一年多的成功穩定運行，不僅有賴(lài)于采用了高性能、高精度、高可靠性的PCS 7，同時(shí)，也有賴(lài)于西門(mén)子豐富的工程經(jīng)驗，以及完善、強大的技術(shù)支持。高質(zhì)量的產(chǎn)品、專(zhuān)業(yè)的現場(chǎng)技術(shù)指導人員，以及全球化的專(zhuān)家團隊，不僅有力保證了所有設備長(cháng)期安全、可靠的運行；也為企業(yè)節省了大量的人力、物力成本，是西門(mén)子作為系統供應商和可信任的工程承包商優(yōu)秀品質(zhì)的充分展現。“信任西門(mén)子！”話(huà)雖簡(jiǎn)單，蘊意無(wú)窮。面對明天的考驗，可信賴(lài)的應不僅僅是產(chǎn)品本身，還應包括對企業(yè)的信賴(lài)。

　　廠(chǎng)區最遠端的火炬可以俯瞰整個(gè)廠(chǎng)區，可以看到浩瀚的大海，每次巡檢的時(shí)候徐工都會(huì )爬到最頂端，看看碧海藍天，看看海鷗飛過(guò)，他說(shuō)這些是他們的成績(jì)，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(shù)，他和他們都會(huì )以更加嚴謹的工作態(tài)度去對待今天的每時(shí)每刻！