中國石化北海分公司全廠煉油化工一體化項目

浙江中控技術(shù)股份有限公司

1 項目背景

由于煉油化工工藝流程復(fù)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(shù)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(zé)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(shè)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(zé)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(shè)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。

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

表1

圖1 ECS-700網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本項目全廠DCS系統(tǒng)采用浙江中控技術(shù)股份有限公司W(wǎng)ebfield ECS-700控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(biāo)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(shè)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(luò)（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(shè)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(fēng)暴，保證系統(tǒng)可靠性；

支持多種網(wǎng)絡(luò)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(luò)流量小；

控制器內(nèi)置防火墻，隔離故障及無關(guān)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(luò)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(luò)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(luò)的三層網(wǎng)絡(luò)交換機相連，實現(xiàn)整個工廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。

通過設(shè)置在三層網(wǎng)上的OPC服務(wù)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(luò)結(jié)構(gòu)，并配置了兩層通訊網(wǎng)絡(luò)：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(shè)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(luò)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(luò)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(luò)的正常運行，也不會影響網(wǎng)絡(luò)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(luò)高可靠性和安全性的要求。

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

通過三層網(wǎng)絡(luò)交換機的網(wǎng)絡(luò)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(luò)流量進行控制，降低網(wǎng)絡(luò)負荷，能夠在對于各域節(jié)點故障、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等故障情況下保證網(wǎng)絡(luò)的安全和網(wǎng)絡(luò)負荷的穩(wěn)定。

采用星形連接的網(wǎng)絡(luò)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(guān)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。