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煤制烯烃项目自控系统配置方案及优化

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第24卷第1期 仪器仪表用户 NSTRUMENTATl0N EIC VO1.24 2Ol7 No.1 201 7年1月 煤制烯烃项目自控系统配置方案及优化 崔守志 (神华包头煤化工有限责任公司, 内蒙古包头014010) 摘要:本文通过对某煤制烯烃项目自动控制系统的配置方案进行解析,详细介绍Dcs、SIS、CCS、CCTV等各系 统在项目中的应用及各系统的结构、配置方案和各系统间的通讯方式,再结合日常工作情况提出一些优化方案,从 而降低仪表人员的劳动强度和控制系统的故障率。 关键词:煤制烯烃;控制系统;通讯;优化 中图分类号:TP273.5 文献标识码:A DOI:10.3969/j.i ssn.1671—1041.2017.01.016 文章编号:1671—1041(2017)01—0059—05 The Automatic Control System Configuration and Optimization for the Coal to Olefin Project C f ouzhi (Shenhua Baotou Coal Chemical Co.,Ltd,Neimenggu,Baotou,014010,China) Abstract:This paper introduced application of DCS、SIS、CCS、CCTV and other system in the pr0jeet,the structure,the configuration and the communication in detail.As well as it put forward some optimization scheme combining with daily work situation to reduce the failure rate of control system and the labor intensity of the instumentr maintenance personne1. Key words:coal to olefin;control system;communication;optimization 近年来中国石油化工和煤化工等大型项目都涉及分散 控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)、压缩机控制系 统(CCS)、工业视频监控系统(CCTV)等多种自动化 控制系统,通过采取MAV(主自动化系统供应商,Main 安装在联合控制室,工程师站安装在相应的现场机柜问, 现场的仪表信号都送到现场机柜间,再通过冗余光缆将现 场机柜间的信号送到联合控制室。在相应的联合控制室进 行集中监测、控制、报警及报表等操作[2】。 现场各生产装置施工安装进度不一样,并且由不同的 EPC承包商施工,但每个装置的DCS配置是相对独立、完 整的系统。 Automation Vendor)框架协议可以实现全厂控制系统之间的 高度集成和统一,可以更有效和更合理地实施全厂控制系 统一体化方案,减少控制系统种类,使得开工运行后大大 降低装置维护成本和控制系统硬件库存量。MAV与业主签 订框架协议,项目执行过程中EPC与MAV供应商分别单 独签署采购合同Ⅲ。 1.1.2单套装置DCS配置原则 针对现场具有机柜间的装置,DCS系统基本按以下原 则进行配置。 1)控制系统的所有机柜全部安装在现场机柜间。 1各控制系统简介 1.1分散控制系统 1.1.1 DCS整体配置原则 该项目使用霍尼韦尔公司新推出的过程知识系统 Experion PKS系统,基于CEE执行环境的新一代C300控制 器。采用现场机柜间(FRR)和联合控制室(UCR)相结 合的配置方式,原则上是各生产装置的DCS系统的操作站 收稿日期:2016—08—08 2)对于有多个系列的装置(如气化装置七台气化炉), 则要求每个系列配独立的控制器和防火墙。 3)现场机柜间内设有工程师站、装置开停工用的操作 站以及AMS站(资产管理系统,Assist Manager System)。 4)通过配置串口服务器与装置的其他控制系统(例如 PLC、CCS、APC等)进行通讯,将数据采集到DCS系统 后统一上传至联合控制室以及全厂生产调度中心。 作者简介:崔守志(1984一),男,满族,辽宁鞍山人,本科,工程师,研究方向:仪表系统。 60 仪器仪表HlJ厂 INSTRUMENTATION 2|4巷 图1联合控制室D(’S及DSA网络结构图 Fig 1 The joint control room DCS and DSA network chart 5) 联合 捌 安装多 操作员站及打印机等,实 I{常的生产控制、I‰洲、报警/曼报表等。 6)从州场 ̄JL61 1 t的(:  ̄2960交换 ̄JL'3㈨2路光纤, 通过光缆连州坷父合 洲审fl9 ̄E柜问Ciseo2960交换机 , M ttgel(以卜简称SM)系统 过验 的,j 个=倚 q弧化 、lI, 冗余技术 j侄尼 尔住集成过程『fI的安个数 、 川、系 统诊断l技火键控制策略等疗【fⅡ的li寓过 结合 ・起 SM与Exl ion PKS 卜什和 缆: (ti一起,他 个 【I l1路连接剑Ci t:3750交换饥,用于将数据上传, ̄J.UI 产 Lf1心数据库Hf乏;争 他川 【、 器‘j过 控制器可以进行^x,l‘点通 ,【IJ‘以 J竹人 的 I.1.3联合控制室DCS配置原则 耳天合控制审j三 实州埘符生 :中心现场设备的生产数 据进仃集rf] 说和操作的作川,而作为生产ff1心V,JiJ; ̄J度室, 便J:符,} M的 产:指 和生』 DCS系统 小 按以 原则进仃 1.2.2 SIS系统配置原则 1)项Il采用联合控制空和现场+ ̄LlfiliI卅 i合的眦 ,l1 常, 时T 操作员郁足存联合控制窜内l’作… 辅操 . SIS系统的控制器、 什等硬什 ,吾安装 十II心的脱场fJ【}1 问的机牛1 『人j,并H 耳天合控制 『』、J 2)离联合控制室较远的装 , 辅操 剁SIS系统托 1)配 1 数 JJ『《纾器,各装置DCS服务器上的 结构将生产中心所有 的 数据通过I)SA(分 j ) 制器址尤法川硬线进行信 传输的 . 此,联合 iIilJ 的 机 [iiJ1人】f'王个生产巾心均设置J埘远 制器,这样j=Il『操 生产数据集I{ 起来,联合控制窒2台值班}∈操作站连接列 这白数据库服务 , x,J‘卡H应生产 fI心的生产装置数 俞㈨0外火 信号可以先使川硬线接钊SIS远 控制 的 1/0 什通道上, 巾SIS远程控制器通过 余的)匕缆 现 成独0 的、 祭的 场OLfl iM的SIS控制器进行数据交换 据进干亍监视, 时将数 投放刮联合控制室内的大屏幕 另配置1台(:(:TV锌rI端,』}J f监视生产【fl心各装置脱场 设备运行及脱场人 I 作状念、 3)坶个生产装置的SIS部是 2) 1埘(: o3750交换机,Hj于I:传教据库服;’ 制系统,ilff刈‘丁有多个系列的生产装 (&II 化装 7俞 化炉)….要求铒个系列都配 成独 的控制器、通 k 干¨I/() 什. 式) . 器l-lf'j数据.供PMCC(令厂,卜产调度指挥中心)使J+j 联合控制 1)(:S搜I)SA网络结构 ,如 1所爪 各个控制器问通过々J}j的SafetxNel I“J 求 1.1.4 DCS与其他系统的通讯方式 1) j SIS控制系统采J{J控制器埘控制器( r l・ peer)通 方式神I硬线连接两种方式。 2)与CCS、PI C、I)EH等控制系统采用M {bus通 厅式 3)与SCADA控制系统采朋RT[I通讯 式。 瓦送价々.}(SafetyNet 络足sM系统l^J部 川网络邋小 4)联合控制室机柜问内缚个尘产中心没 l对远 控 制 , 每个生产装置配置独 的1/()}÷件,符装 n1J没 ,f 交义.便于维护、 5)联合控制窜_祠l现场机桠 J内均没 1一 0ili) ̄!i,现场 1.2 SIS系统 1.2.1 系统简介 n前SIS系统的控制 主流结构主要有TMR( 厦化)、 ()MR(2oo41)四币化)2种 Honeywell公司推…的Safely 机 问内的[程师站川丁H常维护币¨ 态下 1 作,¨时 可以 行水装置的SIS系统软硬件运行情况、In 联合挖制 的l 帅站按生产中心分,将生产叶l心所辖装 的SIS 守忠・煤制烯烃项H臼控系统 方案/支优化 图2烯烃中心SIS网络结构图 Fig 2 Polyolcfin center SIS neW,。ork chart 系统 合 以 一起,川 j常维护干¨ 念下装] 作,…l1f【lj’ 什 独没 。许乐川 余配置,J 个 卜产『f]心的SIS系统软艘什运仃情况 6)安全仪表系统必须狭褂l1.=《:6l508 SIL或TI』v AK (德)秆f盹SI[ 等级的c人 6)SIS系统兀余的通 }÷通过FTE网络 J)(:s系统 九缝连接 一起,『IJ。以 现数据点埘 通 系统没仃 的人机 .需爱使川 诬尼『j尔SM fj尔I)CS的操作 7)发令仪表系统 实现多 ・ 厄 护功能lI1f.je公JIj 部分J 符合最高安个=等级 求 站作 j 人饥 面, 作站☆矗 I ¨I)CS操f1)-r!i的人机 软件也j_{. 1.3 CCS系统 1.3.1 CCS系统介绍 r1tl(;ONEX T¥3000系统县彳『 陔卜什勾舣亟冗余) 余纳构{TMII)f¨冗 , 衔SM系统的 () Jl』J能,这样栈不 p手 独没 s() 操 SIS 帑 构 ,川皇1 1所爪 丁J 小过徉控制系统f 1.2.3 SIS系统设计选用原则 1)发 仪表系统J 锵能 J,…3个充令卡}I 的系统 路川成(电源 什除外, 个系统支路 、 地执行 1 I)(:s、(:(: 、P 等 他系统),独、 宄成安令保 'g/i ̄. 安_△仪太系统的俭测几什、控制单几干【I执行机构心r 独没 置, ̄lh/ 发 仪 系统心能通过敬 通衍连接以j!波万 '与1)(:s j旦j ,禁I} I)CS迎过陔迎 连接¨发令仪 系统 0jI . 行 』 它2个支路J ¨ 作 ¨{l( ()N系统仃3个_l处 仃的I/()信 部 过硬 器,I 作力‘式 3一!一l一0,系统 件的.3取2衷决_r…I:()N控制系统支持 线监控 修改, 具仃rJ诊断功能,系统内还具有‘川个 序i 录功能fSOE)便 于’J{:敝分忻 3所爪 上饥架、扩 饥架 余 2)敞障发全十 趋 1 +-2辽表系统的 件、设衙、环 或能 发 卜敞障或火效lI1f.系统没汁J、 1使T 过 能够 个=运行或者发个状念 1.3.2 CCS系统配置原则 1)现场机卡L州的TRICON系统 及远 机架,每个机 上有2个 [余}乜源.主机 j 仃3 个 处 器(3008)fl I2块通小卜(TCM 4351 B), 为1/0 位,在扩腱机 除r电源4=I!块之外郝址I/()柑化. 3) 备故J1: 埘过程危险 r /支lI『操作 分析,人员、过 、 求,发个= 性等级确定 s的功能等级 4)发个=仪表系统心i 仃6史什fII软f,{=r{诊断和 1 功 每个I/O}÷槽郝柑 “2个位 ,ftf以同时插入!从¨ 弓的l/f)I-t ,阳 ,:为冗余,忉 为}1 左 肿I^J撕入】 块I/() ,f 卡 衙』}J 2)对于距离联合控制窜较远的装旨,{=fIi搽 钊 Tl{ICON控刹器几法 州川硬线进j 联介控制空的 ̄]L41ilh]『大J 的I/()卜 能 仪 系统心 个输入丁艺驳锁佶 没 维j}_’f旁 flJ"耍汴崽的址川丁3取2表决 案 路丌火.力_f蜓进行 线测试干¨维护,㈨时减少『大]发个仪衷 系统维},l造成的停 的|,i_=余愉洲死什小需 旁路, 动停1 输入L【土不需 旁路 同时., 对安拿仪 系统输f{{ 止误操f1 1n 导敛事故发,I 没 旁路丌_火.以防 号传输 [凡I此. 一个远住控制器,这佯辅操 f 的"父 信号_I.‘以,尤使川硬线接刮TRI(;ON远 控刹器 佴…TH1CON远程控 器Lj脱场机fl J的远 5)发伞仪 系统的俭洲 元、控制 元、最终执行 62 仪器仪 JIj厂1 INSTRUMENTATION 第24卷 网 8¨5广■■■■1 . ...........L_1I’ } …叫 : l -1网 I .。“ ‘.-_Jlr _蹙 一 r一 __J 一 图3处理器工作原理 Fig 3 P E。occssOr Drinciple ● 囊 图4('CTV系统配置图 Fig.4 CCTV system configuration diagram 控制器通过0[余的比纤网络来 送俯号、 3)饵台透 缩饥 过 盟成完整的控;li0系统 1个 式 3)C(:s 1 1)rI 、一h 203超述保护 乐川艇线连接,3 装 2台以J 机 [11J’.控制系统间足相互独 的, 套 4)联合控制 !没 操作员站,用于r 人 i的}i 个转速信I 送 lh“ f-h 203超速保}rl Iq,I)r IT h 203 采用的足2.o3 ̄'I,';f'l{-fJLh‘式,这样足为r ii 小 『 为3个 系统停运不影响’j一企系统的 常运行. 常 说不1J操作,l 的维护和组态下 作软什只安装 故障诊断使用 5)2块通 ( I1CM 435lB)互为冗余. 块卜㈨0 不同的TP段f:,义交义连接钊2 2个 I'CP/IP通讯I I没 站没置 现场机柜间IJ、】.川J】 口伟 TR ()N系统的硬件诊断软什、s() 单元模块rf1的1个模块发生瞬时故障 造成 停机,fill每 个 , 模从 J 他2个 儿模块除通过继电器连接外,都 是完伞隔离的 为J 进-步地防止误 fJ 发 ,要求 每个速度f0感 系统供}u使『1J的电源也址 #-lf'j 0巾站,川于仪表维护人员的l1常巡愉卡¨ 1.4工业电视监视系统 1.4.1 CCTV系统简介 U rl,- j.2 ̄.系统分为前端没备、f 输 络卡¨监控巾 路nj器上J】¨ 0[余n0数 传输,避免 1块通 k、路 ffI 故障或网络敝障 敛数 传输中断 心3大部分,, 脱场的摄像机视频 0 ‘进入观场机 机川的光端机(发射), 通过光缆送刽联 控制室, 时通过光端机(接收)转换成视频信 送人数 垭黼求像 ‘』 I.3.3 CCS与其他系统的通讯方式 1)CCS与 :s 圳系统采用Modbtls通 2)CCS与3500系统采川硬线和Modbus迎 卡fI结合的 机(DvI:I); 蕊求像;rJLX,lm频信号进¨采 ,存 字硬箍录像fIL(i<j硬盛I ,此时可以往数 j 馊 频信号则越过 数 像帆j:埘 通汛 式 联锁f 1个=部采』1】硬线连接,而 Tt{I(:()N系 统操作I}I】j而 爪的模拟挝和1歼火量点则采用M lI)IlS通 方 视频录像进仃 线 开和『nI放,距离联合控圳审较近的视 电缆 接连剑数字硬船求像f』l 第l期 崔守志・煤制烯烃项目自控系统配置方案及优化 表2 6对服务器使用情况 Table 2 6 on serverusage 63 在联合控制室设置有视频服务器和流媒体服务器,通 过网络交换机与数字硬盘录像机相连,而视频信号在数字 硬盘录像机上被压缩成数字信号后进行存储。同时,机柜 间内所有的数字硬盘录像机都连到联合控制室内的网络交 换机,将信号统一送至生产调度中心,通过数字硬盘录像 机可以对前端摄像机和数字硬盘录像机内的视频信号进行 控制和管理,视频网络采用专用网络来进行视频信号的传 输和监控,不与其他控制系统的网络相冲突。 1.4.2 系统配置原则 根据全厂联合控制室的划分情况将整个工业电视监控 系统分成4个生产中心和1个生产调度中心(PMCC)总体监 视部分,监控装置区域的划分如表1和图4所示。 表1 4个生产中心和生产调度中心监控系统点数分配 Table 1 4 Production centres and points distribution for production control center monitoring system 生产中心 所辖装置 点数 热电中心 电站、化学水、脱硫、脱硝、卸储煤 85 甲舯 气 45 烯烃中心MTO,烯烃分C4 J烯、聚丙烯、 35 公用工程中心净水场、循藉 曩 娄 回用水、火 40 PMcc 全厂所有装置‘售 路系统的 路信 217 I.4.3 CCTV与DCS的集成设计 DCS操作站上安装HIIS客户端后即可在授权的情况下 对前端监控设备进行监控和管理,而DCS操作站通过自身 携带的双网卡与CCTV专用网络上的网络交换机连接,可 以保证DCS和CCTV两个网络分布在不同的IP网段,从而 实现视频系统与巡检系统集成在一起的功能。 2系统优化方案 2.1 DCS系统优化方案 1)热电中心6对服务器之间通过DSA连接来实现工 艺装置相互调用,由于这种互相调用较为混乱,导致通讯 负荷增加,多次短暂出现热电中心联合控制室内的所有操 作站黑屏,影响工艺人员监视和操作。希望通过改造来优 化系统结构,缓减通讯负荷。6对服务器使用情况如表2 所示。 工艺需求4台锅炉,各操作站需要相互调用;2台汽 机各操作站需要相互调用;锅炉、汽机、电气、脱硫、化 学水各单元之问无需相互调用;值长台2台操作站需要调 用各单元的画面,但是没有操作权限。 通过与霍尼韦尔技术人员开会讨论,霍尼韦尔建议增 加1对冗余的DSA服务器,来优化系统间DSA通讯问题, 并且冗余DSA服务器能满足通讯负荷要求。因工艺操作需 要,1号服务器与2号服务器保留原有连接方式,断开其 它服务器之间的直接连接。各单元的服务器均单向连接至 DSA服务器。DSA服务器连接在3750三层交换机上,把原 有7台Console站替换为7台Flex操作站(DSA),通过网 络连接至DSA服务器上,满足通讯技术要求(此方案还在 审批过程,论文发表前未实施)。 2)工厂配有AMS服务器(资产管理系统),该管理 系统为1套软件,需依托于霍尼韦尔DCS服务器,可以将 现场具有HART协议的数据同时读取到DCS服务器和AMS 服务器内,这种方式具有以下优点。 ①读取现场差压/压力变送器的环境温度,便于巡检 人员及时发现现场变送器环境温度过高或过低。 ②读取现场阀门智能定位器的位置反馈信息,实现操 作指令与位置反馈的对比,节约成本,但是关键阀门位置 反馈还是要采用硬线连接方式。 ③将工程师站的操作员站移至工艺外操休息室,便于 外操人员随时远程巡检,及时发现问题并能更好地与主控 人员进行沟通。 2.2 SIS系统优化方案 SIS控制器与DCS控制器采用Peer—to—Peer通讯方式, 正常生产以来发生过因DCS某个通道或现场回路故障,导 致DCS与SIS的通讯“死掉”,通讯数据保持不变。建议 将关键点改成硬线方式,保证安全可靠。 2.3 CCS系统优化方案 各透平压缩机的工程师站均放置在现场机柜间内,联 合控制室只有操作员站供工艺人员操作,为便于仪表人员 日常维护、巡检及故障处理,需在联合控制室的工程师站 内增加1台TRICON系统的工程师站,将各台压缩机的组 态文件、配置文件、硬件诊断软件、SOE软件全部安装上。 (下转第72页) 72 仪器仪表川』’ INSTRUMENTATION 第24卷 包括风机故障、柜 报警、变压器过热故障、单元 过热 故障。 3)上高压电:变频器故障排除完毕,上高压电后10s 左右“高压就绪”指示灯南灰色变为绿色,此时方可Hj按 钮远程启停变频器。 采垌变频启动后,电动软启动,启动电流小,启动过 平 稳.对电网、电机没有冲 ,有效延长了设备的使用寿命, 降低维修成小 2)采用变频运行后,f}l丁电机轴功率F降和搅拌机的 转速降低,从而减轻 机械振动和噪声,延长了设备使川 4)远程操作变频器:首先点击图标内方框“给定频率 寿命及没备检修怙】期,减少了维护量及维修费用,改藩J’ 劳动环境和劳动强度。  l1Hz”,输入变频器的给定频率如:40Hz,然后点击运 行按钮”运行”可启动变频器;点击停机按钮“停机”町 停止变频器;点击高压分断按钮“高压分断”可令变频报 外部故障井分断卜级开关柜高源;点击外部复位按钮“外 部复位”可远程复位变频故障 5)输…电流、输出频率棒罔显示:当变频器运行时下 3)T 频运行时电机转速快,会将发酵的菌丝搅碎,严 重影响_r生产T艺。采用变频后,在发酵后期降低电动机 转速,可以更好的保证发酵质量。 4)通过变频改造精简了控制程序,使系统更安全、町 靠,确保负载连续运行,使操作更加方便,提高了生产效牢, 其综合效益是t分明显的。 标n 动态 示变频器当前的运行频率及输出电流。 6)动态波形 示:点击 标“动态波形”可进入到当 前变频器的动态波形监测,如下图所示:黑色为输lI{电流, 红色为运行频率。 6结束 通过合康变频32台高压变频器在牙克石北方药业集l寸1 发酵罐搅拌机的成功应用,说明了变频器在改善制药厂的 ':l-J 112艺.提高生产效率.节能减排方面所带来的J、 J{J效 果uJ】 .非常符合我国正大力推广企业节能减排的号f Jl 7)返回主机面:点击返回按钮可返回到主机面“返同”. 8)退l叶J监控系统,点击按钮退出“退出”可退}“本临 控系统 、 5现场运行概况 合康H1VERT系列高压变频器及其配套的远程监控系 统 内蒙^‘北方药业搅拌罐上投运32台一次成功 完令满 足现场I 况婴求;通过工频与变频运行电能测算对比, 能效果 著.许 极大改善丁 产T艺,提高了药品发酵 的质 【2】 参考文献: … 张 建,张向阳.高压大功率受频器在制茹,亍业的应刖…. 颛器世 ,20118 永华现代电气控制及PLC应用技术[M]北京:叭 灭人学H{版社,20{)3 L 5.1改造前后工况对比 1)T频启动时,电机承受4倍~7倍的冲击电流,而 合壕变频HIVERT通用盖亚变频器用户手册[z]北5江/_、 盛变顿科技股份有限公司,2{}15 (上接第63页) 2.4门禁系统优化 1)厂区人口配置智能显示屏,随时更新天气预报及风 向,利于现场人员了解天气变化、 作川。通过埘各控制系统的优化配置,大大降低了仪表维 护人员乖II r 艺人员的I 作最,为今后装置的安全、平稳搜 呵靠运行打下r 实的基础。 2) 危险 域(如罐区、酸碱问、核源等)配置智能 语音播报.智能胸卡随身携带,到了某区域有语音 动播 报该 域的危险 素有哪些及注意事项,提醒现场人员及 外来人员注意,降低风险率: 参考文献: [1】李俊杰,刘永健,崔 华,等神华包头煤制烯烃项目自控系 统解决方案 化工进展,2012,31:286—297. f2】崔守志,胡景旭Expenon PKS系统在净化装置中的喧用U1 内蒙古石油化工.2{)12,12:30—32. 3 结束语 本文中的各控制系统均采刚当年最主流、最先进的控 制系统,有效地提高了项目的自动化控制水平,能够为实 [3] 祁林霞,崔守志.TRICON系统在烯烃分离装置的应用【l1_ 友 界,2014.I5:61—62 现全厂集中监控、数据采集、全厂区域监控建设起到实际 :一一。一一一一。一一’一’ 一’一一一 ‘ 一一 一。一一一一一一一一一一一一一一一一一一。一一一 。一一。一一。。一一一。一一一。。一一一一一一一一一一一一一’’ 一 。。 一一一 。一一一一一一。一一一。一一一一一一。一一一。一一一一一一一。一一。一一一 i .. . .一 一.一.一一一一.一一一..一一 一一一一.一一.一一一一仪器仪表用户 欢迎投稿,欢迎订阅,欢迎刊登广告。 .一一一.一一一.一一一一一一 . .一.一一.一一一一一一一一.一一一.一一一.一一一..一一一一一..一一一.一一.一一一一一.一 一一 一 一一. 一.一一一.一一一.一一一一一 i i 

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