霍尼韋爾DCS 在神華寧煤烯烴項目中的應用研究

王建軍

（神華寧煤集團甲醇制烯烴項目籌建處 寧夏 靈武 750411）

0 引言

煤化工行業工藝復雜、多樣，對自控系統和設備都有著較高的要求，尤其對自控系統來說，其可靠性、穩定性和靈活性是保證生產工藝長周期運行的前提，在神華寧煤烯烴項目中，采用了霍尼韋爾一體化系統解決方案。

1 神華寧煤烯烴項目簡介

神寧集團煤基烯烴項目設計規模為年產聚丙烯52 萬噸，副產品汽油及液態燃料等其他產品20 多萬噸。 關鍵技術和生產裝置均處在世界前沿水平。 主要由氣化裝置、備煤裝置，三合一裝置（CO 變換、低溫甲醇洗、硫回收）、甲醇合成裝置，甲醇制丙烯裝置、聚丙烯裝置、動力站裝置、脫硫裝置，空分裝置和界區外裝置（OSBL）組成。

2 霍尼韋爾DCS 系統簡介

Experion PKS 過程控制系統采用嵌入式決策支持和診斷技術，其安全組件使安全環境獨立于主控系統，提高了系統整體的安全穩定。 在每套PKS 系統中，服務器都可以選擇冗余配置，有效存儲數據庫信息。 FTE 容錯以太網可通過網絡通訊接口卡與C300 控制器、操作站、服務器、第三方設備及其它PC 連接，避免了因單點故障而引起的系統癱瘓，大大提高了系統可靠性。

2.1 硬件結構及功能

C300 控制器

C300 分散過程控制器采用新穎的立式設計，有效節省了空間。 它包括控制器硬件和控制軟件CEE，支持組態、下載及各功能模塊的執行。 每套控制器最多支持64 個IO Units，每個控制器有兩個IOLINKS 接口， 可以連接C 系列IO 卡件或PMIO 卡件，還可以連接多至8 個FTEB 接口卡與PLC 通訊。C300 輸入輸出端子板

為C300 控制器提供連接點和所有電纜終端連接口（ 如FTE、IOLINKS 等），為控制器提供24V 直流電源。

I/O 卡件

垂直設計的C 系列輸入/輸出，以18 度角傾斜，最大限度地減少了機柜空間； 傾斜設計使熱量均勻地流過機柜，改善了產品使用壽命，降低了能源成本。 可以簡便接入的集成式兩級端子塊接觸簡便，能夠輕松進行布線安裝和維護。 模擬量輸入輸出卡為16 通道， 支持冗余、HART 協議通訊；數字輸入卡為32 通道，支持冗余。數字輸出卡32 通道，分為觸點輸出和繼電器輸出，支持擴展。

防火墻模塊及FTE 容錯以太網絡

防火墻模塊支持C 系列產品，C300 及C 系列現場端口模塊都必須與防火墻連接。防火墻與L1 或L2 層交換機之間采用光纜或STP 連接。 它采用24V 直流供電，支持冗余及運行自診斷，但是與其他防火墻之間只可并接不可串接。 當發生故障時，指示燈顯示。 防火墻輸入輸出端子板可連接控制器，C 系列現場接口模塊及FTEB 。 新型控制防火墻，防止關鍵系統出現電腦安全泄密，保證系統可用性。 防火墻防止控制層發生以太網消息泛濫及拒絕服務攻擊。 只有控制專用的消息才傳送至控制器，防止速度下降或完全關閉。

PKS 應用了容錯以太網 （FTE），FTE 節點之間有4 個通信路徑， 對電纜和電子設備中的各種多重故障具有容錯功能，對PC 應用程序具有透明性，并具有快速檢測和恢復。FTE網絡使用單一網絡，不需要服務器和工作站來重新建立網絡連接。因此，切換時間通常只有1 秒鐘。FTE 由多路選擇邏輯單網的組網方式代替了雙網結構，實現了多路由選擇，最優路徑選擇和交換機快速切換。 它包括冗余的交換機和電纜，需要兩個防火墻的支持， 一個支持FTEA， 另外一個支持FTEB。

Honeywell 在Experion PKS 控制網絡安全上考慮了目前所有已知的各種安全隱患。 同時在系統架構中已經考慮到局部可能出現物理故障時的容錯能力。 考慮到極端情況發生，即使整個網絡受攻擊癱瘓， 控制器C300 在控制器防火墻的保護下仍能夠繼續工作，保證生產正常進行。

其網絡結構圖如下所示：

圖1 FTE 容錯以太網絡結構

2.2 DCS 系統應用

霍尼韋爾DCS 應用在神華寧煤烯烴項目所有裝置的實時控制、報警管理、歷史數據和事件的采集和存儲、報表的生成和存儲、 過程操作、HART 智能儀表的管理和動態監控、生產操作數據系統的建立和應用、 并提供與工廠網絡的接口等。

本工程采用中央控制室（CCR） 和現場機柜室（FRR）分離設置的方式。 各裝置的DCS 的操作站設置在中央控制室，控制站設置在相應的現場機柜室，所有現場儀表信號傳到現場機柜室，再從現場機柜室傳到中央控制室，從現場機柜室到中央控制室的信號采用冗余光纜連接。 在中央控制室進行全部的控制、監測、報警及報表等操作。

2.2.1 單套裝置DCS 配置方案

針對具有現場機柜室的裝置，DCS 系統按下列原則進行配置：

1）系統的所有機柜均安裝在現場機柜室，另外在現場機柜室內設有工程師站用于系統組態、調試。

2）通過配置OPC 服務器或串口服務器，與裝置的其它控制系統（如SIS、PLC、ITCC）進行通訊，將數據采集進DCS 系統后，統一上傳至中央控制室。

3）在中央控制室內安裝多臺操作站、打印機等，實現日常的生產控制、監測、報警及報表輸出等操作。

4）為了保證數據傳遞的可靠，從現場機柜室的交換機引出2 路冗余光纜連到中央控制室2 臺交換機，用于本裝置服務器、操做站、網絡打印機的連接。

其系統結構圖如圖2 所示。

2.2.2 中央控制室DCS 配置方案

中央控制室主要實現對各生產裝置的日常監控、 操作，以及作為生產中心的調度室，負責對所轄裝置的生產數據進行集中處理、顯示，用于調度人員指揮生產。 因此中央控制室DCS 系統的配置如下：

圖2 單個裝置DCS 配置圖

1） 在中央控制室服務器室配置所有裝置的PKS 冗余服務器。

2）在工程師室配置工程師站對各裝置進行工程組態。

3）在中控室操作大廳配置雙屏操作員站、值長站及網絡打印機。

4）應用層配置了OPC 服務器、防病毒服務器、Web 服務器、報警管理服務器。

5）在中央控制室機柜間配置網絡柜、電源柜、防火墻，交換機、GPS 設備。

2.3 全廠DCS 系統網絡配置方案

神華寧煤烯烴項目網絡分為4 層，Level 1 到Level 4 層。

1）在Level 1 層上使用控制防火墻，它是在已有可靠的網絡架構基礎上，增加另外一層高安全防護，控制防火墻只允許與C300 控制器有關的信息通過， 拒絕接受所有控制器不需要的信息

2）在Level 2 層使用交換機，連接各現場機柜間與中控室控制防火墻、操作員站等設備。

3）在Level3 層使用主干交換機，各工藝裝置通過中央控制室的交換機匯集到主干交換機上。

4）在Level4 層使用防火墻以及交換機，通過防火墻以及交換機來連接第三方的系統以及企業管理網。

其網絡結構圖如圖3 所示。

2.4 系統安全

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， 嚴格禁止除數據庫主服務器以外的機器對EPKS服務器和OPC 服務器的訪問，確保底層控制系統的安全性。

圖3 全廠DCS 網絡結構圖

3 結束語

霍尼韋爾公司通過MAV 的方式， 為神華寧煤烯烴項目提供了包括DCS、AMS、PHD 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、最先進的系統配置，極大地提高了項目的自動化控制水平，為裝置的安全、平穩運行打下了良好的基礎。目前霍尼韋爾的DCS 在神華寧煤烯烴項目已投入商業化運行。S

［1］Experion Solutions Honeywell.Experion PKS Platform.

［2］Honeywell Experion PKS Knowledge Builder.Honeywell Co.,LTD.