DCS控制系統在MTO裝置中的應用

許宏瑜，江 杰

（內蒙古科技大學 信息工程學院，內蒙古包頭 014010）

DCS控制系統在MTO裝置中的應用

許宏瑜，江 杰

（內蒙古科技大學 信息工程學院，內蒙古包頭 014010）

集散控制系統（DCS）是綜合計算機技術、通信技術、控制技術和顯示技術的一種控制技術，已被普遍應用于化工生產。簡述了MTO裝置的流程，對 DCS 控制系統進行概述，綜述了 DCS 控制系統在MTO裝置中的應用。

MTO；DCS；控制系統

隨著我國幾種甲醇制烯烴工業應用的完成和生產，煤或天然氣生產甲醇、低碳烯烴的生產將影響乙烯和丙烯生產的工業結構。本公司煤制烯烴項目以煤為原料，通過煤氣化合成甲醇，甲醇制烯烴，烯烴生產聚乙烯、聚丙烯的煤化工項目，年產30萬t的聚乙烯、聚丙烯。煤化學工業的煤制烯烴工程創建了一個新的煤基能源化工，工業化的甲醇生產烯烴，應根據反應過程和煤制烯烴生產規模，合理選擇自動控制系統。本文簡述了甲醇制烯烴的工藝過程，同時還介紹了分布控制系統（DCS）的特點，并總結了在烯烴生產中DCS控制系統的應用。

1 MTO裝置流程

MTO是煤制烯烴的核心環節，是一種以甲醇為原料，把煤制甲醇生產出的甲醇催化反應生成富含乙烯、丙烯反應氣的連續生產過程，即甲醇制烯烴。MTO裝置包括反應再生系統、急冷汽提系統、反應氣體壓縮系統、分離純化系統、干燥機再生系統、熱回收系統等。每一個生產環節采用不同的工藝流程，而不是相同的流程布局和系統設置。

2 DCS 概述

DCS（Distributed Control System）是分布式控制系統的縮寫，也稱為集散控制系統。

1）全局數據庫：一次輸入控制處理器與監控系統服務器所需信息，無需多次對不同層次的數據庫分別組態。

2）全局在線文檔：幫助用戶快速訪問存有系統資料信息的Knowledge Builder，Knowledge Builder是HTML的文檔資料，為用戶提供在線幫助和在線技術支持，避免了用戶在各處查找大量資料的不便。

3）系統構成靈活：DCS系統可以根據不同的流程應用程序進行應用，組態軟件可以根據硬件和軟件配置進行使用，從而能夠靈活地實現企業所需的控制系統。

4）實時數據庫：采用客戶機/服務器結構，正常情況下由服務器為客戶機提供所需要的實時數據，服務器故障情況下，某些客戶機可直接從控制器讀取所需要的實時數據。

3 DCS硬件構成及其功能簡述

3.1 C300控制器模塊

C300控制器是Honeywell開發的新一代的基于CEE執行環境的控制器，它包含2個IOLINK接口，負責與IO卡件進行數據通訊，2個FTE接口連接到交換機送到過程控制網絡，以便上層設備訪問，FTE地址撥碼設置控制器的地址，電池接口連接后備電池保持斷電后的數據，控制器冗余接口連接兩個控制器實現冗余功能[2]。控制器的柜內電源通過24V轉換電源卡實現，C300控制器要實現的功能有上位機能夠實時訪問，2個IOLINK接口與卡件進行數據傳輸，每個點之間都能夠互相訪問。

3.2 C 系列“控制防火墻”

控制防火墻通過UPLINGK可以連接到Level1或Level2層的交換機，通常使用光纖連接，單模光纖最遠的傳輸距離是15km，多模光纖最遠距離是2km，還可以使用STP連接，5類雙絞線100m，而且控制防火墻不能串聯。

3.3 C 系列I/O卡件

本項目采用的卡件類型是霍尼韋爾的C系列的I/O類型卡件，C系列的卡件在本項目中的具體應用有：模擬量輸入卡的型號是CC-PAIH01，模擬量輸出卡的型號是 CC-PAOH01，數字量輸入卡（24VDC）的型號是CC-PDIL01，數字量輸出卡（24VDC）的型號是CC-PDOB01。

3.4 MTL安全柵

本項目選用MTL公司4000系列安全柵產品，MTO裝置區為可燃易爆、有毒有害環境，必須采取隔爆本安措施，而MTL安全柵就是隔爆本安型設備。

3.5 Experion 服務器

本項目采用服務器/客戶端結構，服務器是系統關鍵設備，系統的實時數據庫就在服務器中，實時數據庫包括過程數據和歷史數據等。

Experion PKS系統服務器采用 DELL的 PE2950 III，CPU：2 Intel Xeon 5150 series，2.83GHz，內存 ：2GB，硬盤 ：5 X 73GB RAID 5，配置 17”LCD、1套鍵盤和鼠標，安裝在服務器機柜內。

3.6 Experion 操作站

操作站的類型有兩種，分別是FLEX 操作站和Console操作站：FLEX 操作站只要有一條網絡鏈路，在每個地方都可以用到。Console操作站則是本項目選用的操作站，此操作站能夠直接與控制器通訊，在服務器故障的情況下，不影響對現場過程的控制。Console操作站的過程數據和相關的警報和事件直接從控制器讀取，而其他的數據信息則直接來自服務器。

操作站主機的硬件采用 Dell T5400，主要配置為：2.33GHz四核，1GB內存，160 GB RAID 1硬盤，CD/DVD RW，10/100/1000 Gigabit 以太網接口，每個操作站都配備雙20”LCD彩色顯示器、霍尼韋爾專用操作員鍵盤。

4 DCS網絡架構的搭建

本項目搭建了三層控制網絡，過程控制網絡、高級應用網絡、工廠信息網絡，相對應的設備室現場控制站、遠程操作站和企業數據管理站。控制站則建設在現場的機柜間，現場來的所有儀表信號通過電纜傳輸到現場的機柜間，聯合控制室設有遠程操作站，而且聯合控制室與現場控制站通過冗余的高速光纖進行連接，聯合控制室再通過光纖將信號傳輸到PMCC企業數據管理站。聯合控制室對現場進行集中監控、控制。

5 DCS在甲醇制烯烴裝置的應用

DCS 控制系統在煤化工行業的生產中得到了廣泛的應用。它具有良好的穩定性、可靠性以及組態的靈活性等一系列特點。在MTO工業化的生產中，很多企業也都采用了DCS控制系統。本項目 MAV通過 DCS 以及室內的控制系統為主的一體化策略[3]。DCS 控制系統以中央控制室為核心，實現對多個裝置的集中控制，而信息則通過系統接口引入生產調度中心，監控及操作則在聯合控制室內，從而實現了各自裝置的集中管理，聯合控制室 DCS 系統的信息傳送到生產調度中心，通過現場機柜室實現監控及其操作。

5.1 DCS控制系統的配置原則

本項目采用中央控制室（UCR）和現場機柜室（FRR）相互配合的方式。在聯合控制室完成控制、監控、報警和輸出。生產裝置DCS控制系統的操作站則設置在中央控制室，控制站則設置在現場的機柜間，將信號傳送至現場機柜室，現場儀表的機柜間將信號傳送到中央控制室，從機柜間到中央控制室的信號傳輸采用雙冗余信號的光纜連接。

DCS系統采用了霍尼韋爾公司最新的Experion PKS-C300型控制器。

5.2 MTO裝置DCS系統的配置方案

DCS系統根據現場機柜間具有以下配置原則。

①系統的所有機柜都安裝在現場的機柜間里。此外，還有一個工程師站和一個操作站也設置在現場機柜室內。②通過OPC服務器的配置，與其他控制系統的（如PLC）通訊，數據收集到DCS系統以后，上傳到中央控制室。③在聯合控制室內，有許多操作站和打印機用來完成日常生產控制、監測、報警和報表等日常工作。④為了保證數據傳輸可靠，從現場機柜間通過光纜傳輸的CISCO2960交換機引出2路傳輸到中央控制室，另外1臺交換機則連接另一路，用于該裝置網絡打印機、操作站的連接；將另外一路連接到CISCO3750交換機上，負責上傳數據到生產中心和廠調度中心。

5.3 中央控制室的DCS系統配置方案

其主要功能是用以實現日常操作及其監測。各生產裝置的運行的同時，根據生產數據進行協調使用，集中處理，指揮操作人員。因此，中央聯合控制室DCS系統的配置如下：

（1）數據庫服務器配置1臺，通過DSA組態，使得每個生產裝置集中，配置操作員站兩個，連接到數據庫服務器，負責中心所有裝置數據的監控。

（2）配置1對CISCO3750交換機，連接各裝置的DCS系統，負責上傳生產數據，與全廠生產調度中心連接。

6 結束語

此MTO裝置采用了DCS控制系統，DCS融合了計算機技術、通訊技術以及圖像顯示技術等，以微處理器為核心，各單元在生產過程中進行集中操作和分散控制，不僅具有高精度性，而且還具備可靠性好和維護所需工作量少等一系列特點。裝置內所有檢測及過程控制信號都將送入DCS系統，并在此進行集中監視和控制，以保證裝置的平達到目前穩操作和安全生產。

本項目設計的自動控制系統，達到了國內同類裝置的先進水平，從而實現集中監控、分布式控制，運行平穩，安全生產，提高了產品質量。同時，降低能源消耗，從而工廠實現“安、穩、長、滿、優”的生產操作水平，不僅提高了經濟效益，而且增強了企業在市場的競爭力。

[1] 周靜，楊艷，蔣吉強，等.DCS 系統應用技術回顧與展望[J].石油與天然氣化工，2010，（s1）：62-65.

[2] 陳華樁.網絡協議與 DCS 系統的開放性[J].精密制造與自動化，2011，（1）：43-47.

[3] 李俊杰，劉永健，崔玉華，等.神華包頭煤制烯烴項目自控系統解決方案[J].化工進展，2012，（s1）：286-297.

Application of DCS Control System in MTO Device

Xu Hong-yu，Jiang Jie

Distributed control system（DCS）is a kind of control technology，which integrates computer technology，communication technology，control technology and display technology.It has been widely used in chemical production.This paper briefly describes the flow of MTO device，summarizes the DCS control system，and summarizes the application of DCS control system in MTO device.

MTO；DCS；control system

TP237

B

1003-6490（2017）12-0246-02

2017-10-15

許宏瑜（1983—），男，吉林四平人，助理工程師，主要研究方向為儀表控制系統。