中國石化北海分公司新建全廠煉油化工一體化項目是浙江中控技術股份有限公司在新建大型煉化聯(lián)合裝置全廠一體化DCS的歷史性突破，標志著中控在大型煉油聯(lián)合裝置的產(chǎn)品適應性、集成能力、工程服務能力上已得到大型石化企業(yè)的認可，進一步提高了中控在高端煉油石化行業(yè)的市場地位。項目具備體現(xiàn)中控核心能力、有行業(yè)代表性、產(chǎn)品應用代表性的特質(zhì)，可以成為集中展示中控先進技術、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、工程水平、服務能力等綜合競爭力的渠道和基地。
  
                      

   1 項目背景

    由于煉油化工工藝流程復雜，具有高溫、高壓、臨氫、有毒，易燃易爆等特點，所以對控制系統(tǒng)要求高。目前，我國大中型石油化工重大工程的主要工藝技術和與之配套的自動化成套控制系統(tǒng)基本從國外進口，形成了壟斷的局面。但國內(nèi)自動化控制系統(tǒng)經(jīng)過十多年的發(fā)展，已經(jīng)在中小項目占有明顯優(yōu)勢，在重大石化、化工裝置取得突破是國產(chǎn)系統(tǒng)今后的努力方向。研制和集成面向石油化工等重大工程自動化成套控制系統(tǒng)，是確保石油化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)安全以及國民經(jīng)濟健康發(fā)展的必然要求。

    中國石化北海煉化有限責任公司新建全廠煉油化工一體化項目裝置包括500萬噸/年常減壓蒸餾、120萬噸/年延遲焦化、60萬噸/年連續(xù)重整、32萬噸/年異構(gòu)化、170萬噸/年催化裂化、25萬噸/年氣體分餾、260萬噸/年柴油加氫、70萬噸/年催化汽油加氫、2×3萬噸/年硫磺回收、20萬噸/年聚丙烯裝置及配套建設產(chǎn)品精制等19套裝置組成。全廠采用一套中控ECS-700控制系統(tǒng)，同時實現(xiàn)60萬噸/年連續(xù)重整裝置、20萬噸/年聚丙烯裝置控制系統(tǒng)的首次國產(chǎn)化。

    2 項目配置

   中國石化北海煉化有限責任公司地處廣西省北海市鐵山港區(qū)，一期工程包含9套主裝置及配套罐區(qū)、公用工程單元。根據(jù)裝置布局，整個項目設計1個中央控制室（CCR）和12個現(xiàn)場機柜間（FAR）。

     各機柜間及裝置DCS I/O點規(guī)模見表1。 

                                                表1
  
             
  
           
                      
                                            圖1  ECS-700網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

    全項目各裝置DCS系統(tǒng)控制器、電源、網(wǎng)絡及控制回路I/O信號全部采用冗余設計。

    本項目全廠DCS系統(tǒng)采用浙江中控技術股份有限公司W(wǎng)ebfield ECS-700控制系統(tǒng)，根據(jù)設計要求，全項目模擬量全部采用隔離安全柵和浪涌保護器隔離，數(shù)字量全部采用繼電器隔離，電源部分和通訊部分也全部采用浪涌保護器隔離。本安信號采用隔離柵和浪涌保護器一體化設計，隔爆儀表直接采用浪涌保護器。總計共使用各類型隔離柵7593只；各類浪涌保護器11565只。

    3 DCS系統(tǒng)配置

   如圖1所示，ECS-700系統(tǒng)是中控InPlantTM 整體解決方案的核心平臺。ECS-700系統(tǒng)具有管理大型聯(lián)合裝置的一體化能力。系統(tǒng)在設計時已經(jīng)充分考慮到大型工廠信息共享與協(xié)同工作的需求，其一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系列應用軟件可幫助用戶及時獲得決策信息，協(xié)同不同部門的人員工作，減少維護費用，提升生產(chǎn)效率。ECS-700系統(tǒng)具有OPC/ODBC等與上位信息系統(tǒng)易于進行數(shù)據(jù)交換的開放接口，能夠充分滿足企業(yè)信息系統(tǒng)的各種信息需求。同時，ECS-700系統(tǒng)具備靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，支持持續(xù)的在線系統(tǒng)擴容，從而保護用戶的投資。ECS-700系統(tǒng)具備良好的擴展性和開放性，可通過增加控制節(jié)點、操作節(jié)點、系統(tǒng)位號方便地擴大系統(tǒng)規(guī)模。ECS-700系統(tǒng)支持通過PROFIBUS、Modbus、OPC多種方式與第三方系統(tǒng)連接，并支持標準以太網(wǎng)連接信息管理網(wǎng)，共享數(shù)據(jù)。

    ECS-700系統(tǒng)由控制節(jié)點（控制站及配套設備）、操作節(jié)點（工程師站、操作員站、主工程師站、數(shù)據(jù)站、AMS站等）及系統(tǒng)網(wǎng)絡（包括過程信息網(wǎng)SOnet、過程控制網(wǎng)SCnet、I/O總線I/O BUS）等構(gòu)成。

   ECS-700系統(tǒng)支持16個控制域和16個操作域，每個控制域支持60個控制站，每個操作域支持60個操作站，單域支持位號數(shù)量為65,000點。

   3.1 過程信息網(wǎng)SOnet

    過程信息網(wǎng)SOnet連接控制系統(tǒng)中所有操作節(jié)點，包括工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)站等，在操作節(jié)點間傳輸歷史數(shù)據(jù)、報警信息和操作記錄等。過程信息網(wǎng)上各節(jié)點可以通過各操作域的數(shù)據(jù)站訪問歷史信息、報警信息等，并下發(fā)操作指令。過程信息網(wǎng)基于100Mbps/1Gbps工業(yè)以太網(wǎng)，支持總線型、星型、環(huán)型多種拓撲結(jié)構(gòu)，最大傳輸距離20km。

    3.2 過程控制網(wǎng)SCnet

    過程控制網(wǎng)SCnet連接工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)站等操作節(jié)點和控制節(jié)點，在操作節(jié)點和控制節(jié)點間傳輸實時數(shù)據(jù)和各種操作指令，具備高速、可靠、穩(wěn)定等特征。

    支持1:1冗余，A/B網(wǎng)同步工作，無切換時間；

    采用分域設計，劃分控制域和操作域，既實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，又實現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離，防止數(shù)據(jù)風暴，保證系統(tǒng)可靠性；

    支持多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，可靈活劃分過程控制網(wǎng)，統(tǒng)一過程信息網(wǎng)；

    實時數(shù)據(jù)傳輸采用時間驅(qū)動模型，數(shù)據(jù)量穩(wěn)定，微觀流量平衡；

    傳輸數(shù)據(jù)類型單一，網(wǎng)絡流量小；

    控制器內(nèi)置防火墻，隔離故障及無關數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸采用多級數(shù)據(jù)校驗機制，確保數(shù)據(jù)正確性；

    故障診斷軟件對網(wǎng)絡狀態(tài)及節(jié)點狀態(tài)實時監(jiān)控、實時報警；

    過程控制網(wǎng)SCnet基于100Mbps/1Gbps工業(yè)以太網(wǎng)，支持總線型、星型、環(huán)型多種拓撲結(jié)構(gòu)，最大傳輸距離20 km。

    3.3 I/O 總線

    I /O總線包括本地I /O總線（ L -BUS ） 和擴展I /O總線（E-BUS）。本地I/O總線主要用于控制器或I/O連接模塊和I/O模塊的連接；擴展I/O總線主要用于控制器和各類通信接口模塊（如I/O連接模塊、PROFIBUS通信模塊、串行通信模塊等）的連接，它基于100M工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建，最大傳輸距離20km。本地I/O總線與擴展I/O總線均支持冗余配置。

    4 網(wǎng)絡系統(tǒng)配置與實施

   本系統(tǒng)為一個全廠性的完整的系統(tǒng)。每個裝置的控制系統(tǒng)獨立構(gòu)成，通過工廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡的三層網(wǎng)絡交換機相連，實現(xiàn)整個工廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡上系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。

    通過設置在三層網(wǎng)上的OPC服務器將整個控制系統(tǒng)與工廠管理信息網(wǎng)連接，實現(xiàn)了管控信息一體化。

     在控制系統(tǒng)內(nèi)，采用了對等式C/S的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并配置了兩層通訊網(wǎng)絡：過程控制網(wǎng)和過程信息網(wǎng)。控制網(wǎng)直接連接了系統(tǒng)的控制站和操作站節(jié)點，是傳送過程控制實時信息的通道，完成實時I/O信息、控制命令、報警和各種歷史數(shù)據(jù)等的傳輸與發(fā)送，并采用雙重化冗余設計，數(shù)據(jù)傳輸可靠、實時、高效。過程信息網(wǎng)還實現(xiàn)了與管理信息網(wǎng)的連接。

    每個系統(tǒng)內(nèi)的任何操作節(jié)點，包括操作員站、工程師站節(jié)點等，均可以通過組態(tài)文件網(wǎng)絡傳輸和共享發(fā)布的方法，進行系統(tǒng)組態(tài)、編譯、下載等操作。

    本系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、可靠，任一網(wǎng)段、任一節(jié)點的故障均不會影響整個網(wǎng)絡的正常運行，也不會影響網(wǎng)絡上其他網(wǎng)段和節(jié)點的運行，完全滿足石化企業(yè)對DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡高可靠性和安全性的要求。

   本項目網(wǎng)絡采用控制網(wǎng)各裝置相互獨立，通過三層網(wǎng)絡交換機進行星形連接的方式，其優(yōu)勢：

    通過三層網(wǎng)絡交換機的網(wǎng)絡隔離和故障安全功能，對各域之間的數(shù)據(jù)進行隔離，對網(wǎng)絡流量進行控制，降低網(wǎng)絡負荷，能夠在對于各域節(jié)點故障、網(wǎng)絡風暴等故障情況下保證網(wǎng)絡的安全和網(wǎng)絡負荷的穩(wěn)定。

    采用星形連接的網(wǎng)絡方式，每個操作域、控制域相互獨立，控制域或者操作域中節(jié)點的故障不會影響到其他控制域或操作域節(jié)點的正常工作。

    通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)軟件可以對操作域和控制域的映射關系進行靈活的配置，方便用戶根據(jù)項目的實施充分利用CCR中的工作站資源。

   該項目自2011年3月開始，各裝置陸續(xù)開始現(xiàn)場安裝及調(diào)試工作。在2011年12月底所有裝置陸續(xù)投運，2012年1月1日，全線開車成功。  

   摘自《自動化博覽》2012年第七期