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1　項目背景

中天合創大型煤炭深加工DCS項目，依托于中天合創能源有限責任公司開展的煤炭深加工示范項目。本項目由中天合創能源有限責任公司（ZTHC）、中石化寧波工程有限公司（SNEC）、中國石化工程建設有限公司（SEI）、中石化上海工程有限公司（SSEC）、浙江中控技術股份有限公司（SUPCON）等單位，分別從項目設計、系統研發、現場測試、開車投用等方面進行了聯合技術攻關。

本項目的開展，對于提升國產自控系統的自主創新能力具有重要作用，通過DCS國產化應用攻關和工程使用，讓“中國創造”的DCS在這一世界級煤基甲醇制烯烴項目上取得重大突破，對于我國自動化產業的發展，以及我國煤化工等國民經濟支柱產業的戰略安全都將產生深遠的影響。

2　實施案例與應用

2.1　網絡結構

本項目采用中控的ECS-700過程控制系統，ECS-700系統是WebField系列控制系統之一，是在總結JX-300XP、ECS-100等控制系統廣泛應用的基礎上設計、開發的面向大型聯合裝置的大型高端操作系統，其融合了先進的控制技術、開放的現場總線標準、工業以太網安全技術等，承擔著生產鏈上“工業控制大腦”的職責。

工業以太網安全技術是系統穩定運行的重要基礎。就網絡穩定性來講，大型煤炭深加工項目DCS網絡結構設計時應考慮分散風險與數據隔離，同時要關注到統一的監控、生產管理和調度。本項目根據不同區域的安全等級需求劃分不同的安全區域，不同安全區域實現隔離和可控的訪問。

圖1 網絡結構示意圖

ECS-700可以使用各種國際規約通訊協議與其他設備或系統進行數據交換。但是為了便于維護，中天合創項目中所有第三方系統與DCS的數據交換采用統一的通訊協議進行通訊。通過MODBUS-RTU協議在基礎控制層把各個PLC與DCS系統進行連接，各PLC的數據全部集中到DCS系統中。

管控一體化是以自動化控制系統為基礎，通過對企業生產管理、過程控制等信息的處理、分析、優化、整合、存儲、發布，運用現代化企業生產管理模式建立覆蓋企業生產管理與基礎自動化的綜合系統。本項目通過配置DCS OPC服務器為管理網提供準確的實時數據，操作數據系統ODS對數據進行記錄和處理，并通過生產制造執行系統軟件MES以Web發布的方式把生產信息進行實時發布。管理者可以用IE瀏覽器通過企業管理網登陸Web服務器，查看實時生產信息。

圖2 管控一體化示意圖

就網絡安全性來說，本項目控制網內的電腦，全部配置了McAfee Application Control防病毒軟件，L4層管理網的電腦全部配置了卡巴斯基殺毒軟件。McAfee 對可執行程序進行了嚴格保護管理，禁止程序的任意使用、安裝，確保在系統中只運行受信任的應用程序。若有其他非白名單中的應用程序（包括病毒）嘗試運行將會被軟件阻止，并在系統日志中進行記錄，以此減少來自未經授權應用程序的風險，實現更強大的終端、服務器和固定設備的控制。

2.2　應用情況

大型煤炭深加工項目的控制方案主要由工藝包廠家和設計院，中控負責控制方案的實現。其中包括氣化爐氧煤比控制、聚丙烯出料閉鎖料斗控制以及高壓聚乙烯復雜回路控制。在控制方案的實現過程中，組態程序應嚴格根據控制方案的要求編寫，同時應遵守組態設計規范的各項規定。

在保證生產安全可靠的前提下，本項目又增加了以下智能輔助系統：

（1）管理系統軟件（SAMS）

浙江中控技術股份有限公司設備管理系統軟件（SAMS軟件），提供一個設備管理與維護平臺，使先進的智能設備發揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本。

ECS-700系統中的HART智能儀表設備信息可通過控制站中的HART信號I/O模塊AI713-H、AO713-H傳輸到SAMS數據服務器，從而實現智能設備的管理與維護。

圖3 SAMS網絡結構

中天合創項目每個裝置都配置了一套SAMS軟件，配置1臺AMS服務器和1臺AMS客戶端。通過SAMS軟件的使用，實現HART智能儀表的在線維護，減少維護人員工作量并降低維護成本。

為了讓報警更加合理，中天合創項目MTO裝置配置了高級報警管理系統（AAS）。通過AAS系統的使用，針對性地優化了MTO裝置DCS的報警，控制MTO裝置的報警在KPI性能指標要求范圍內，比未配置AAS系統的裝置報警量減少30%以上，大大減少了各種錯誤報警對操作人員的干擾。

（2）操作員仿真培訓軟件（OTS）

同時，為了滿足操作員仿真培訓的要求，中天合創項目在最關鍵的MTO裝置上配置了OTS系統。

圖4 OTS仿真培訓系統結構

OTS的主要目標是為操作員提供早期的培訓和再訓練，同時也是對DCS的校驗。通過OTS系統的仿真培訓，MTO裝置的操作員對裝置流程、開停車及故障處理等內容非常熟悉。同時在仿真培訓過程中校驗DCS系統，對DCS的控制方案、流程畫面提出優化建議，使得DCS系統更加符合工藝操作需求。

3　項目創新與成果

3.1　技術創新

如何運用工業以太網安全技術，建立連續生產過程的高安全性、高可靠性操作系統，來滿足集成化生產的需要是中天合創項目技術的難點。為此，中控ECS-700操作系統做出以下設計方案：

（1）ECS-700操作系統設計應滿足新型煤化工煤制烯烴等高危化工裝置大規模生產的過程控制、檢測、優化與管理的DCS應用方案，系統的通訊網絡應能通過標準的通訊接口與工廠管理網相連，滿足集成化生產的需要；

（2）設計和分配合理的DCS的控制站數量，能滿足該類化工裝置常規過程控制的功能及速度要求，應具備連續過程控制、連鎖控制和一般順序控制的功能，保證網絡控制器間可以實現控制數據讀寫；

（3）從管控一體化的角度考慮，合理設計IDM、ODS、AAS、OTS系統方案以及和DCS的接口，充分考慮各子系統的自身的可靠性，互聯的安全性，數據的一致性。保證本項目的生產運行、調度和管理工作高效而可靠。開發適用于煤制烯烴裝置的聯合生產控制的工程組態方案，提高產品適應性，縮短工程調試周期，提高在同類裝置上的投運效率。

3.2　技術成果

該項目是國產DCS首次在大型煤炭深加工聯合裝置上實現應用，取得的主要技術成果有以下幾點：

（1）DCS實際I/O通道點數規模已到20萬點以上，該項目采用的大規模DCS控制系統網絡結構的配置，滿足了項目管控一體化的要求，具備了智能化工廠的數據平臺，并取得了初步應用；

（2）該項目采用控制系統冗余、容錯可靠性的設計，解決了DCS超大規模網絡的穩定性，平均無故障運行時間（MTBF）超過100萬小時，DCS系統投運至今，目前已連續穩定運行3年多；

（3）該項目開發國產DCS多種數據交互接口，實現DCS與AMS、ODS、AAS、OTS等系統的數據相互交換與共享；

（4）I/O模塊快速掃描周期最快可達20ms，滿足工藝對100ms甚至50ms的響應時間要求；

（5）對現有的順序控制功能模塊進行二次開發和提升，滿足甲醇區域和烯烴區域對復雜控制回路和順控的要求。

4　問題及解決方案

本項目在實施過程中也遇到了一些具有挑戰性的問題，研發團隊在共同配合下一一予以解決，表1是所遇到的問題列表及采用的解決方案：

5　項目意義

中天合創項目是在中國石化物資裝備部的指導下，業主單位牽頭工程公司、制造企業等成功進行聯合攻關，有助于產品行業適應性，提升產業化研究能力，大大縮短技術研究和工程化研究時間，這種創新性的合作模式成為重大裝備國產化的應用典范。在研制單位的共同努力下，為國產DCS在大型復雜化工裝置的應用提供了關鍵平臺。在國產DCS制造商出色的產品研發能力和工程服務能力的作用下，共同促進國產DCS在大型復雜化工裝置的應用邁出關鍵的一步。

中控作為國內優秀的自主控制系統集成商、核心智能裝備提供商，以及國內核心自主工業軟件開發商，擁有智能制造領域專業的研發、工程應用人才團隊，充分發揮自身優勢，助力該項目實現國產控制系統規模的重大突破。項目首次成功實現超大規模煤制烯烴項目DCS國產化，其成果完全可應用和推廣至大型蒸汽裂解制乙烯等項目。為保證我國煤化工、石油化工等國民經濟支柱產業的戰略安全助力，使中石化下屬企業及工程公司自主研發的專有技術裝上“國產大腦”。

摘自《自動化博覽》2019年7月刊