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編者按：

擁有中國自主知識產權的DCS經過20余年的發展，在硬件產品與軟件上均有長足的進步，在自動化控制應用的各行業，如石油、化工、電力、冶金、食品制藥、建材等均已逐步替代進口產品。基于自主核心產品，和利時可以為石化行業提供DCS+SIS+ITCC為核心的一體化過程控制和過程安全保護系統，向下集成公司的安全柵和儀表，向上集成公司的Batch、APC、SCADA、MES、AMS和OTS產品，并可與工業云平臺連接，形成橫向和縱向的全廠一體化解決方案，推動工廠的自動化、數字化、網絡化、信息化和智能化。

本文詳細介紹了和利時所負責的海南60萬噸/年對二甲苯（PX）項目，該項目填補了和利時PX項目的業績空白，標志著其已經實質性地進入了中石化大型化工聯合裝置項目，為和利時在石化領域長遠持續的發展提供了重要的業績支撐，為其進入化工大型乙烯裝置奠定了基礎，同時也為與中石化長遠和深入的業務合作提供了廣闊的空間和前景。相信不遠的將來，國產DCS一定能夠走向國際化。

1　項目背景

對二甲苯（PX）主要用于制造對苯二甲酸，可用于化工及制藥工業等，也是用于生產聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的重要中間體。PET纖維又稱聚酯纖維或滌綸纖維，是一種常用的化學合成纖維。PET樹脂是一種重要的透明塑料原料，用于生產飲料和食用油脂包裝、平板顯示器基材、車用和建筑用太陽膜等。PX（對二甲苯）市場需求正日益增大。中國石化是石油化工行業中當之無愧的領軍企業，其堅持走自主創新之路，其中PX成套技術工藝包開發是中國石化十條龍攻關項目之一，本項目是中國石化海南煉油化工有限公司（海南煉化）建設的年產60萬噸/年PX項目。

2　目標與原則

該PX項目工藝采用中石化自有產權工藝包，工藝控制復雜。同時具有大型石化項目共有的高溫高壓，易燃易爆的特點。其要求DCS既要有強大的功能，可以完成所有的復雜工藝控制需要，同時還要有完善的安全機制。和利時MACS V6系統是和利時最新一代DCS系統，設計過程充分采用了安全系統的設計理念，吸取國際工業電子技術和工業控制技術的最新成果，嚴格遵循國際先進的工業標準，采用全冗余、多重隔離、熱分析、容錯等可靠性設計技術，從而保證系統在復雜、惡劣的工業現場環境中能安穩長滿優地運行。

3　項目構成

海南煉化60萬噸/年對二甲苯項目包括PX聯合裝置和系統配套設施，由LPEC和SEI共同承擔工程設計，其中PX莊子包括：芳烴抽提、歧化及烷基化轉移、異構化、吸附分離、二甲苯精餾、聯合裝置公用工程等。

海南煉化60萬噸/年PX項目，是完全采用中國石化自主知識產權建設的國內首套大型工業化芳烴裝置。包括PX聯合裝置和系統配套設施兩部分，PX聯合裝置包括：60萬噸/年芳烴抽提裝置、90萬噸/年歧化及烷基轉移裝置、266萬噸/年異構化裝置、327萬噸/年吸附分離裝置、385萬噸/年二甲苯精餾裝置、聯合裝置公用工程，共6個裝置單元；系統配套設施包括：原料罐區、產品罐區、火炬設施、循環水場等4個主要單體。

項目新建一個聯合控制室，兩個現場儀表機柜間，實現了在聯合控制室對聯合裝置和配套系統設施進行生產操作、控制和監視、歷史數據存儲、現場智能設備管理，每個現場儀表機柜間設置工程師站兼操作站，滿足了開、停工階段使用和外操人員日常監視。現場儀表機柜間與聯合控制室、馬達控制中心（MCC）中的遠程I/O與現場儀表機柜間之間采用單模冗余鎧裝光纜連接，DCS系統地域分布如圖1所示。

圖1 DCS系統地域分布

4　系統的網絡結構及規模

4.1　網絡體系結構

為了實現生產單元之間獨立監視且能調用其它生產單元部分監視點，當某生產單元控制系統出現故障時，不影響其它生產單元，采用區域化和集中化并存設計方案，即（1#域：調度系統；2#域：芳烴抽提裝置和歧化裝置；3#域：吸附分離、異構化、二甲苯精餾裝置；4#域：原料罐區、產品罐區、循環水場、火炬）共分為4個區域，每個域有獨立的現場控制站、配電柜、交換機、工程師站、操作站，完成相對獨立的數據采集和控制功能，最后通過三層交換機路由功能，實現區域之間控制站、操作站能相互訪問，形成網絡結構豐富（內有本區域網絡構架、外有區域之間網絡架構）、網絡變量豐富、數據量豐富的DCS系統結構。現場主控單元、系統電源、系統網絡、和控制回路的I/O模塊均按1:1冗余配置，提高了系統的可靠性，所有設備都具有自診斷功能和無擾動更換技術。每個域均配置了兩臺工程師站，其中一臺放置于聯合控制室，另一臺放置于現場儀表機柜間，利用主從工程師站技術，每臺工程師站均配置防火墻以及利用交換機功能限制大包數據、防止網絡風暴。豐富的通訊與來自下屬系統SIS、MCS、DEH、CCS、現場儀表以及與MES完美通訊，完成強大的完整的全廠控制系統，網絡體系結構如圖2所示。從而使得系統具有以下特點：

（1）區域化分布于現場，集中于中央控制室，系統功能完美強大。

（2）區域之間相互獨立互不影響，方便管理維護。

（3）硬件冗余配置，系統安全性高。

（4）具有極強的防病毒傳播、防網絡風暴、防止網絡癱瘓。

（5）網絡結構豐富，可分散與集中控制、監視、操作。

（6）通訊豐富，支持OPC、Modbus、AMS等。

圖2 系統網絡體系結構

MACS V6系統結構配置靈活，通過簡單的配置可以把系統定義為對等結構、C/S結構或者混合結構。配置為C/S結構的操作員站，通訊依賴于歷史站；配置為獨立操作站即為P-P結構，不依賴歷史站，可以單獨完成系統各種功能。C/S結構與P-P結構在一個系統中可以同時配置，既能規避兩種網絡結構的弊端，又能充分發揮兩種網絡結構各自的優勢，提供通訊效率的同時，大大降低網絡流量。

網絡安全方面，根據不同的域，MACS V6系統將網絡劃分為四個獨立網段的VLAN，然后通過三層網絡交換機的路由功能，實現各域間的通訊共享，網絡交換機采用1:1冗余設置。MACS V6系統主控單元本身具備網絡風暴診別與防范機制，并且每個交換機端口均進行了網絡的流量限制，避免了發生網絡風暴的可能，在FAT階段進行的防網絡風暴測試，驗證系統不會因為網線錯插，或者某一臺機器產生網絡風暴而對其他機器及主控產生影響。每臺工程師站和OPC通訊站均通過硬件防火墻連接到交換機，硬件防火墻采用白名單模式，只允許列入白名單的系統標志數據傳輸，有效地抑制了病毒的傳播。

GPS時鐘同步：MACS V6系統設置一個GPS時鐘同步服務器，所有操作員站、控制站的時鐘通過GPS服務器進行周期自動校時，實現了DCS、SIS、CCS、MCS等系統的時鐘同步。

4.2　項目系統規模及I/O配置

海南煉化60萬噸/年PX項目是目前國內PX行業規模較大的聯合裝置，項目設計點數為5000余點，實際配置點數為6000余點。MACS V6系統的I/O卡件全部采用隔離式，用于控制的AI/AO、四線制AI、現場接地的AI卡件采用通道隔離式。每個AI、AO卡件及主控本身均帶有智能HART芯片。所有I/O卡件插槽預留20%槽位，預留20%已接好線的I/O卡件作為備用。

5　控制方案

該項目用到了很多控制方案, 如：單回路控制、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制、三沖量控制，還有泵的自啟動、停止邏輯控制，泵罐隔離聯鎖邏輯、精密過濾器順控、壓縮機系統的負荷控制、機組聯鎖邏輯等。常見的單回路控制、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制等本文就不再贅述。

5.1　三沖量控制

三沖量即有三個變量信號，蒸汽流量FI75031、汽包液位LI75031、給水流量FI75032，如圖3所示。

圖3 汽包三沖量控制

當蒸汽負荷的變化引起液位大幅度波動時，蒸汽流量信號的引入起著超前的作用，它可以在液位還未出現波動時提前使調節閥動作，從而減少因蒸汽負荷量的變化而引起的液位波動，改善控制品質。蒸汽流量前饋信號能克服因虛假水位引起的控制器誤動作，改善負荷擾動下的控制質量；給水流量反饋信號能迅速消除給水流量的擾動，穩定給水量；水位主信號能消除各種內、外擾動對水位的影響，保證水位維持在允許的范圍內。

在汽包水位控制中，三沖量水位控制系統實質上是前饋—串級控制系統。

5.2　精密過濾器順控

精密過濾器的運行和反洗各步驟可通過三種模式運行：“手動模式”、“半自動模式”、“自動模式”。三種模式可以靈活切換。項目上使用兩臺精密過濾器，其中一臺過濾器運行結束后，另一臺精密過濾器可實現自動切換運行，保證了過濾運行連續性的同時，精密過濾器的過濾效率。

6　與其它系統的連接

為了在DCS操作站可對其它系統進行監視，MACS V6系統與安全儀表系統（SIS）、機組控制系統（CCS）、模擬移動床控制系統（MCS）、分析儀表控制系統（PAS）、PLC、雷達液位計、伺服液位計等采用Modbus-RTU通訊，Modbus-RTU通訊實施簡單方便 ，而且石化行業使用的儀表很多都支持Modbus-RTU通訊。與MES、罐區自動化管理系統（TIS）之間采用OPC通訊，通訊接口、數據流量如表1所示。

表1 通訊接口、數據流量表

7　設備管理系統

設備管理系統主要是對現場儀表進行管理，主要是變送器和閥門定位器，通過智能儀表HART通訊協議傳輸信息，進行綜合維護管理。

自動為檢測和控制儀表建立應用及維護檔案，實現預測維護管理，以保證儀表的可靠運行、減少維護工作量、提高設備的管理效率。

機組及特殊工藝設備的儀表和控制系統，由機組及特殊工藝設備配套，并與DCS通訊。

HOLLiAS 設備管理系統的總體架構如圖4所示。

圖4 設備管理系統總體架構圖

8　結語

海南煉化PX項目各項指標大幅領先行業指標，一舉打破了國外PX成套技術的壟斷，形成了具有中國石化技術特色的PX成套技術。各項指標要求極為嚴格，開車各項指標系統均滿足要求，經過項目開車檢驗，和利時MACS V6系統用實力證明了應用在大型PX項目上是成功的。

和利時MACS V6系統自投運以來，設備運行穩定，安全可靠，可完全滿足各生產裝置的需要，在產品質量、工程能力和服務質量上深受客戶信賴。

摘自《自動化博覽》2017年2月刊