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1、 数据采集与处理技术EPA工业总线 一、引言炼油企业常减压蒸馏装置因其加工量大、产品品种多、分离精度高以及对下游生产装置影响面广等特点，在炼油企业占据核心地位。常减压蒸馏装置技术水平的高低，对炼厂的产品质量、收率以及对原油的有效利用有很大影响。其中居于装置核心地位的控制系统的可靠安全运行，是常减压蒸馏装置“安稳长满优”运行的必要保证。随着国产控制系统技术水平和性能不断提升，其先进性与国外系统日益接近，越来越多的大型炼油装置尝试使用国产控制系统。其中中海石油大榭石化实际加工能力800万吨/年常减压蒸馏装置，采用中控的WebField ECS-100控制系统一次开车成功。目前系统运行正常，各项指标
2、满足工艺要求，装置生产平稳，实现了炼油行业大型主装置上国产控制系统的成功应用。二、系统典型设计方案（一）装置构成早在2003年，大榭石化的一期200万吨/年常减压蒸馏装置就采用中控JX-300X DCS顺利投运，系统一直稳定运行至今。此次新上二期项目包括800万吨/年常减压蒸馏装置、30万吨原油罐区、20万吨燃料油罐区、3万吨码头、循环水污水处理场、储运码头等工段，除两期常减压蒸馏主装置系统机柜和操作在主控室外，其它工段与主控室相距500米到3000米之间。项目要求一二期系统要无缝连接，所有工段最终在一套控制系统中运行，实现统一的监控和操作。基于工艺要求，整个装置共2436个I/O信号点和70
3、0个通讯数据点。系统配置如下：控制站7个，通讯站8个，及相应的安全栅、接线端子、继电器等。所有控制卡、数据转发卡、电源、网络、交换机、光纤、直流电源、控制I/O卡件等关键部件均采用冗余配置；上位机部分配置2台工程师站（含一期一台），12台操作员站（含一期3台），1台OPC服务器，1台辅助操作台；各个工段之间采用冗余单模光纤连接。具体系统配置简图见图1：（二）一期系统的升级一期JX-300X和二期ECS-100系统，控制站硬件差别较大，I/O卡件不能通用。而中控WebField系列控制系统在设计之初就将用户利益放在最高位置，在实现性能不断改进的同时，又将整体系统框架设计进行了长远的规划，使得我们
4、的系统在更新换代之时都是一脉相承，让用户不断享受到科技的进步带来的控制的简洁和灵便之时，不用担心为此付出额外的支出。这样升级就变成了一个很容易实现和解决的问题，甚至可以做到装置不停车的在线升级和扩容。基于上述设计理念，要实现大榭石化新老装置系统的无缝连接，只需要对JX-300X系统进行如下升级：组态升级新老装置将统一运行在中控最新的Advantrol PRO2.65监控软件平台上。组态升级过程可采用的Advantrol PRO系列组态软件的组态转换工具，方便实现JX-300X系统组态的更新。通讯升级将老系统上冗余控制器的通讯芯片进行更换，提升通讯速率，为同网运行做好准备。软件升级依次在原操作站
5、上安装完Advantrol PRO2.65监控软件后，对新的组态文件编译、发布和下装。从上述升级方案可以看出，在线升级所更换的硬件很少，实施方案也非常简洁。（三）第三方设备的接入大型炼油装置基于安全性、复杂性、先进性等方面的要求，大多会采用一些新技术、智能设备、第三方系统，比如智能仪表（质量流量计、雷达液位计等）、PLC、马达控制系统（MCC）、安全仪表系统（SIS）、机组控制系统（CCS）等，并要求DCS系统与这些设备、系统进行可靠通讯，以求操作员在中控室能够获得整个装置较为全面的过程信息。FW248和FW239-DP通讯卡是中控DCS系统与第三方智能设备互连的网关设备，其功能是将第三方智能
6、设备的数据连入DCS系统中，实现数据共享。其中FW248通讯卡件支持Modbus RTU的主机模式或从机模式，同时，还支持HostLink协议以及非标准的用户自定义通讯协议，当使用自定义通讯协议时可通过ST语言来编程实现。FW248的每个串口可运行一种通讯协议，六路串口可以运行不同或相同的协议。端口可自由选择设置为RS-485或RS-232，并且可以两两设置端口是否为冗余，通讯波特率支持120019200bps。常减压蒸馏装置由于没有大型机组和特别的安全要求，一般不设置机组控制系统（CCS）和安全仪表系统（SIS）,但本项目中要求通讯的第三方设备和系统也多达6种数十个设备，主要有质量流量计、雷
7、达液位计、分析仪表、锅炉系统、电气综合微机保护系统等。所有通讯都采用了Modbus RTU协议，实现了700多个数据的可靠通讯。FW248在整个DCS系统中的作用如图2所示。（四）多人组态针对大型炼油装置规模大、工段多、多工段并行的特点和要求，在工程设计和组态过程中，就需要多人同时介入设计并承担不同工段的同一个系统组态工作，为了保证一个系统内的组态唯一性，控制系统具有多人组态功能将是十分必要的。中控系统就提供了完善和可靠的多人组态功能，较好地满足了各个工段多人分别组态而保持整个系统组态唯一性的需求。具体方案是：在系统中首先设置一台组态服务器，其中始终存放整个系统唯一最新的组态文件，另外还可以设
8、置多个工程师站，当在每一台工程师站上以系统许可的用户要求对组态进行修改时，它将从组态服务器检出修改的部分，独占来编辑组态，此时其它工程师仅能查看此部分组态。只有当它完成修改组态上传后，其它工程师才可以重新检出此部分来进行编辑，检出修改的最小单位为一个控制站或一幅流程画面等，以此保证组态的唯一性，实现多人共享组态。本项目共分7个控制站和8个通讯站，利用多人组态功能较好地实现了多个工段分别修改，同时调试和施工的需求，提高了施工效率，保证了系统的安全性。（五）用户复杂的操作和维护需求本项目中共有主控室、燃料油罐区、原油罐区、循环水污水处理场、储运码头等多个操作室，分属厂里的多个部门管理，主要操作和维
9、护需求为：所有工段主要操作在主控室7台操作站完成；循环水污水等部分工段操作站也应具有本工段或几个工段的操作权限；储运码头操作站仅具有观察本工段和所有罐区工段的权限；每个工段用户面向的操作对象和权限都有相应要求，甚至一幅画面上的动态数据点的操作权限也要求不一样；各个工段用户所接收到的报警、操作记录等应合理；与工段用户相关的所有历史趋势要求冗余记录；维护工程师在任意一台操作站均应有诊断和维护整个系统的权限；系统报警、过程报警、环境报警的声音和显示区分；等。以上需求反映出大型炼油装置在操作和维护方面需求的多样性和复杂性，这对控制系统用户策略和权限等方面的功能提出了较高的要求。中控系统利用其三层网络的
10、安全性和开放性，控制软件中数据分组分区、用户授权、网络策略等功能的巧妙组合一一给予了实现。（六）管理信息系统（MIS）系统的连接随着工厂管控一体化的发展，用户越来越多地要求把控制系统中的关键数据上传到企业的管理信息系统（MIS）中去，以实现信息的共享、分析和数据挖潜，这就要求控制系统具有良好的开放性和集成能力。本项目也不例外，一期装置即进行了过程数据的上传，二期装置投运后，要求新老装置数据全部上传至管理网络，并保证现场控制系统的安全运行。中控通过控制系统所提供的综合版OPC服务器获取现场实时数据，然后通过单向通讯协议透过硬件防火墙传送到管理网。既保证了数据的可靠上传，同时又阻止了来自MIS网上
11、的病毒或黑客攻击，提高了网络安全性。图3表示出了DCS与MIS系统网络连接原理图。三、项目实施及效果大榭石化项目一期计划停车5天，完成装置小修和系统升级工作，由于拟定的升级方案合理，前期准备充分，在仪表人员的密切配合下，中控工程人员顺利实现了对一期200万吨/年常减压蒸馏装置控制系统的升级工作。现场升级工程仅耗时不到2天，生产装置投运后运行正常，尤其是流程图完全保持了原有风格，但新的平台软件操作功能增强了，操作人员感到更加人性和方便了。设备通讯、MIS系统互联及二期投运，项目组也都做到了设计思路清晰，方案合理到位，调试准备充分，二期装置投运过程也非常顺利，确保了系统一次上电开车成功。至此大榭石
12、化千万吨原油加工装置都稳定运行在中控的一套控制系统中，目前系统各项指标满足工艺要求，装置运行平稳，用户各方面都非常满意。四、结论常减压蒸馏装置中，控制方案大多采用常规控制，仅加热炉和机泵等设备有少量联锁要求，脱硫和污水处理场部分有一些顺控程序。更进一步，即便是催化裂化、油品加氢、延迟焦化、催化重整等典型炼油装置，其控制方案也都是以常规控制为主，仅有少量的比值、选择、分程等复杂控制方案。对于当前普遍采用符合国际标准规范IEC61131-3的控制系统编程语言来讲，已经不是什么困难，因此本文并没有过多提及具体的控制方案和编程。而对于应用在大型炼油装置的控制系统来讲，其系统可靠性、控制器能力、组网方式
13、、可操作性、设备管理、系统开放性和集成能力则显得更重要。从大榭石化常减压蒸馏项目中也可以看出，控制系统中人机接口方面的操作策略、报警管理、使用安全性和方便性，以及系统安全性、可维护性等功能越来越受到用户的关注，在一定程度上代表了大型炼油装置对控制系统的需求趋势。在炼油行业，中控系统已有数百套应用于常减压蒸馏、催化裂化、加氢、气分、延迟焦化等炼油主装置上的成功业绩，不仅规模在逐步增大，其市场份额也逐年上升。本项目的成功实施，再次证明了国产控制系统在炼油行业具有广泛的适用性，并正在被广大用户所接受。与此同时中控在人员素质、工程实施、服务保障及行业应用经验方面也积累了雄厚的实力，具备一定的优势，我们有理由相信，国产控制系统应用在千万吨炼油等大型炼油联合装置指日可待。