1 引言

    神華包頭煤制烯烴項目，于2006年12月獲得國家發(fā)展和改革委員會(huì )核準，總投資165億元，是迄今為止經(jīng)國家核準的唯一的煤制烯烴項目，也是世界首套煤制烯烴工業(yè)化生產(chǎn)示范基地。項目建設規模：180萬(wàn)噸/年煤制甲醇、60萬(wàn)噸/年甲醇制烯烴、30萬(wàn)噸/年聚乙烯、30萬(wàn)噸/年聚丙烯、4套6萬(wàn)立方米/小時(shí)空分制氧、3套480噸/小時(shí)蒸發(fā)量的熱電站以及輔助生產(chǎn)設施和公用工程等。核心技術(shù)采用國內自主知識產(chǎn)權的甲醇制烯烴技術(shù)，其他主要工藝裝置均采用世界先進(jìn)的煤化工/石油化工技術(shù)，包括GE水煤漿氣化技術(shù)、德國林德公司低溫甲醇洗技術(shù)、英國DAVY公司甲醇合成技術(shù)、美國DOW公司聚丙烯技術(shù)、美國UNIVATION公司聚乙烯技術(shù)等。

    2 主自動(dòng)化控制系統采購原則

    為了確保系統的完整性、協(xié)調性和工程進(jìn)度，本項目控制系統的采購采用了MAV（Main Automatic Venders）方式。MAV與業(yè)主簽訂框架協(xié)議，在項目執行中由EPC與MAV供貨商分別簽署采購合同。最終霍尼韋爾公司中標。

    MAV的供貨范圍包括DCS、SIS、GDS、工業(yè)CCTV、DLP大屏幕顯示系統以及相關(guān)的安全柵、機柜和就地控制室儀表盤(pán)等。

                   

    3 各控制子系統簡(jiǎn)介

    3.1 DCS系統

    3.1.1 DCS系統配置原則

    本項目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現場(chǎng)機柜室（FRR）結合的配置方式。原則上生產(chǎn)裝置的DCS控制系統的操作站設置在相應的聯(lián)合控制室，控制站設置在相應的現場(chǎng)機柜室，所有現場(chǎng)儀表信號傳到現場(chǎng)機柜室，再從現場(chǎng)機柜室傳到聯(lián)合控制室，從現場(chǎng)機柜室到聯(lián)合控制室的信號采用雙冗余光纜連接。在聯(lián)合控制室進(jìn)行全部的控制、監測、報警及報表等操作。

    由于各裝置的建設進(jìn)度不一樣。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生產(chǎn)裝置的DCS系統都配置成獨立的、完整的系統。
DCS系統采用了HONEYWELL公司最新的Experion PKS-C300控制器。系統的基本結構簡(jiǎn)圖如下：

                   

    3.1.2 單套裝置DCS系統的配置方案

    針對具有現場(chǎng)機柜室的裝置，DCS系統均按下列原則進(jìn)行配置：

    1）系統的所有機柜均安裝在現場(chǎng)機柜室，另外在現場(chǎng)機柜室內設有工程師站、開(kāi)停工用的操作站。
    2）通過(guò)配置OPC服務(wù)器或串口服務(wù)器，與裝置的其它控制系統（如機組PLC、裝置的先進(jìn)控制系統等）進(jìn)行通訊，將數據采集進(jìn)DCS系統后，統一上傳至聯(lián)合控制室，以及全廠(chǎng)生產(chǎn)調度中心。
    2）在聯(lián)合控制室內安裝多臺操作站、打印機等，實(shí)現日常的生產(chǎn)控制、監測、報警及報表輸出等操作。
    3）為了保證數據的傳遞速度，從現場(chǎng)機柜室的CISCO2960交換機引出2路通過(guò)光纜連到聯(lián)合控制室，其中1路連接另1臺CISCO2960交換機，用于本裝置操作站、網(wǎng)絡(luò )打印機的連接；另1路連接到CISCO3750交換機，負責將數據進(jìn)行上傳，供生產(chǎn)中心和總廠(chǎng)調度指揮中心使用。

    3.1.3 聯(lián)合控制室DCS系統的配置方案

    聯(lián)合控制室主要實(shí)現對各生產(chǎn)裝置的日常監控、操作，以及作為生產(chǎn)中心的調度室，負責對所轄裝置的生產(chǎn)數據進(jìn)行集中處理、顯示，用于調度人員協(xié)調、指揮生產(chǎn)。因此聯(lián)合控制室DCS系統的配置原則如下：

    1）配置1臺數據庫服務(wù)器，通過(guò)DSA組態(tài)，將各裝置的生產(chǎn)數據都集中過(guò)來(lái)，配置2臺調度員操作站，連接到這臺數據庫服務(wù)器，負責對中心的所有裝置進(jìn)行監視。
    2）配置1對CISCO3750交換機，用于連接各裝置的DCS系統，同時(shí)與全廠(chǎng)的生產(chǎn)調度指揮中心進(jìn)行連接，負責將生產(chǎn)數據上傳。

    聯(lián)合控制室及某2套裝置DCS系統的結構簡(jiǎn)圖 (B裝置簡(jiǎn)略) 如下

                   

    3.2 SIS系統配置方案

    1）SIS系統采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。HSMS采用SM-2004D配置：冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN19250標準，SM-2004D配置符合TUV AK6級及IEC 61508 SIL3級標準安全認證。

    這種兩套完全平行運行、完全冗余的系統能對單系統容錯。

                   

    2）每套生產(chǎn)裝置的SIS系統都配置成獨立的、完整的系統。而且對于有多個(gè)系列的裝置（如氣化裝置有7臺氣化爐），要求每個(gè)系列配獨立的控制器。

    3）由于本項目采用聯(lián)合控制室（UCR）和現場(chǎng)機柜室（FRR）結合的配置方式，正常生產(chǎn)時(shí)操作員都在聯(lián)合控制室，因此生產(chǎn)裝置SIS系統的輔助操作臺設置在相應的聯(lián)合控制室，而SIS系統控制器設置在相應的現場(chǎng)機柜室。

    4）對于離聯(lián)合控制室較遠的裝置，從輔操臺到SIS系統的控制器無(wú)法用硬接線(xiàn)實(shí)現信號的可靠傳送，因此在聯(lián)合控制室設置了1臺SIS遠程控制器，輔操臺上的信號先通過(guò)硬線(xiàn)接到SIS遠程控制器的輸入/輸出卡件，SIS遠程控制器與裝置SIS系統控制器間通過(guò)TUV認證的冗余安全網(wǎng)來(lái)傳送信號。

                   

    5）SIS系統通過(guò)冗余的通訊卡，通過(guò)FTE網(wǎng)絡(luò )與DCS系統無(wú)縫集成。SIS系統的操作接口采用DCS系統的操作站，并在操作站上安裝SOE軟件（包含在DCS的基本數據庫軟件中）。

    6） SIS系統的HART信號經(jīng)過(guò)FTA時(shí)被分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)HART信號分離器MTL4842進(jìn)入MTL4841模塊，再經(jīng)過(guò)RS485串行通訊接口接入AMS系統，實(shí)現智能設備的統一管理。

                    

    3.3 CCTV系統配置方案

    3.3.1 霍尼韋爾CCTV系統簡(jiǎn)介

    監控系統可分為前端設備區，監控中心和傳輸網(wǎng)絡(luò )三大部分。

    裝置現場(chǎng)的攝像機信號先接入安裝在就地就地機柜室的光端機，通過(guò)光纖傳到聯(lián)合控制室，再經(jīng)過(guò)光端機接受后轉變?yōu)橐曨l信號進(jìn)入數字硬盤(pán)錄像系統(DVR)進(jìn)行錄像。距離聯(lián)合控制室較近的視頻信號則通過(guò)視頻電纜直接連到數字硬盤(pán)錄像機。

    視頻信號被壓縮成數字信號后存儲，同時(shí)數字硬盤(pán)錄像系統連接到聯(lián)合控制室內的網(wǎng)絡(luò )交換機，工業(yè)視頻集成系統HIIS的視頻服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機與數字硬盤(pán)錄像系統DVR相連，通過(guò)DVR對前端攝像機及數字硬盤(pán)錄像機來(lái)的視頻信號進(jìn)行控制和管理。
視頻網(wǎng)絡(luò )采用專(zhuān)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行視頻的傳輸和監控。

                   

                                    CCTV系統結構簡(jiǎn)圖

    3.3.2 包頭煤化工CCTV系統配置方案

    根據全廠(chǎng)控制室的劃分情況，全廠(chǎng)整個(gè)監控系統包括四個(gè)完整的子系統，以及PMCC總體監視部分。見(jiàn)圖3.3.2-1

                   

    各子系統負責的裝置區域如下表

                  

    3.3.3 CCTV系統與DCS系統的集成方案

    DCS工作站通過(guò)自身攜帶的雙網(wǎng)卡與CCTV系統專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )交換機連接。同時(shí)保證兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )分布在不同的網(wǎng)段。DCS工作站安裝CCTV系統監控軟件HIIS客戶(hù)端后即可在授權的情況下對前端監控設備進(jìn)行監控和管理。

    3.3.4 CCTV視頻圖像在大屏幕上顯示的集成方案

    視頻信號經(jīng)過(guò)數字壓縮變成網(wǎng)絡(luò )信號后，畫(huà)面分辨率為300*200左右，該信號送大屏幕系統上顯示的尺寸不能過(guò)大（不能超過(guò)50英寸），否則畫(huà)面清晰度就不理想。而本項目選擇的大屏幕系統，單屏為70英寸。為了能在整個(gè)大屏幕系統上顯示清晰的畫(huà)面，采用以下方案：

    聯(lián)合控制室內的所有視頻信號在由現場(chǎng)傳輸到控制室后通過(guò)視頻分配器分成2路，1路進(jìn)入控制室的數字硬盤(pán)錄像機，另1路進(jìn)入視頻切換矩陣。進(jìn)入視頻切換矩陣后根據需要輸出8路視頻信號到大屏幕顯示。同時(shí)視頻矩陣還輸出另8路視頻信號到PMCC，供PMCC的大屏幕顯示。PMCC與各聯(lián)合控制室的視頻切換矩陣間的相互調用通過(guò)視頻光端機的RS422接口連接實(shí)現。具體方案示意圖如下：

                  

    4 PMCC數據采集、存儲、顯示系統方案簡(jiǎn)介

    4.1 功能簡(jiǎn)介

    生產(chǎn)調度管理中心（PMCC）主要實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的重要參數的監視，生產(chǎn)報表的打印和設備信息的管理。

    建立一個(gè)統一的全廠(chǎng)范圍內的數據平臺，主要是從過(guò)程控制系統（DCS、PLC）獲得、收集和存儲包括過(guò)程變量、過(guò)程報警、系統報警、工作記錄等實(shí)時(shí)數據和信息至該數據平臺，加工成心的信息資源，提供給調度人員。

    提供開(kāi)放的數據接口，為將來(lái)全廠(chǎng)信息系統全面集成奠定基礎。

    4.2 方案介紹

    4.2.1 實(shí)時(shí)數據庫的選擇

    由于全廠(chǎng)的DCS系統均采用HONEYWELL公司的產(chǎn)品，而且HONEYWELL公司的Uniformance PHD核心軟件采用成熟技術(shù)和成套軟件，具有很高的安全性、開(kāi)放性、先進(jìn)性、可擴展性，因此選用Uniformance PHD作為實(shí)時(shí)數據庫采集平臺，為后續項目打好信息化平臺基礎。

    4.2.2 系統結構

    4.2.2.1 數據接口

    霍尼韋爾的EPKS服務(wù)器，可以利用內部接口與PHD進(jìn)行通訊；其它廠(chǎng)家控制系統或PLC，只有支持OPC通訊，即可進(jìn)行數據通訊，也可定制開(kāi)發(fā)數據采集數據交換接口。

    4.2.2.2采用緩存服務(wù)器—主服務(wù)器結構

    來(lái)自DCS、PLC等控制系統的數據，先傳輸到EPKS或OPC服務(wù)器，緩存服務(wù)器負責從EPKS或OPC服務(wù)器獲取相關(guān)數據，主服務(wù)器與緩存服務(wù)器同步更新，當主服務(wù)器與緩存服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障時(shí)，則數據可先保存在緩存服務(wù)器中，待網(wǎng)絡(luò )恢復后，這部分終端數據可自動(dòng)上傳到主服務(wù)器。

                  

                                 系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

    4.2.2.3 緩存服務(wù)器和主服務(wù)器之間采用防火墻

    為防止病毒侵入DCS，造成DCS系統故障，霍尼韋爾支持成熟防火墻技術(shù)，嚴格禁止除數據庫主服務(wù)器以外的機器對EPKS服務(wù)器和OPC服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)，確保底層控制系統的安全性。

    4.2.2.4 磁盤(pán)陣列

    數據安全是整個(gè)數據采集、存儲系統的關(guān)鍵，因此采用了PHD主服務(wù)器加磁盤(pán)陣列雙機冷備的配置，兩臺PHD服務(wù)器硬件配置完全一樣，安裝的軟件完全一致，設置PHD數據文件到磁盤(pán)陣列。當運行的服務(wù)器出現故障時(shí)，人工切換到另1臺PHD冷備服務(wù)器，不會(huì )影響數據采集。

    4.2.3 系統安全設計

    對于生產(chǎn)控制中心來(lái)說(shuō)，由于直接與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)，因此系統安全問(wèn)題是整個(gè)系統設計中必須考慮的重點(diǎn)。系統安全主要包括網(wǎng)絡(luò )安全與數據安全兩個(gè)部分。

    4.2.3.1網(wǎng)絡(luò )安全

    網(wǎng)絡(luò )的安全是網(wǎng)絡(luò )規劃與設計的重要內容。由于PMCC的網(wǎng)絡(luò )物理上與控制系統連接，因此必須保證網(wǎng)絡(luò )安全，避免對生產(chǎn)造成不利影響。

    經(jīng)過(guò)安全評估與需求分析，網(wǎng)絡(luò )安全體系包括操作系統級控制、硬件防火墻、防病毒系統、網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)規則設置等方面

    4.2.3.2數據安全

    數據信息是公司生產(chǎn)控制中心的基礎，設計公司的經(jīng)濟和技術(shù)秘密，不能隨意泄漏和更改，因此保證數據安全是系統正常運行的基本要求。數據安全設計主要包括數據采集、數據備份、數據訪(fǎng)問(wèn)等幾方面內容。

    5 結束語(yǔ)

    霍尼韋爾公司通過(guò)MAV的方式，為包頭煤制烯烴項目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在內的，完整的、一體化的控制系統解決方案，采用了當前主流的、最先進(jìn)的系統配置，極大地提高了項目的自動(dòng)化控制水平，為今后裝置的安全、平穩運行打下了良好的基礎。