中天合创大型煤炭深加工DCS项目--控制网



中天合创大型煤炭深加工DCS项目
企业:浙江中控技术股份有限公司 日期:2019-07-29
领域:DCS 点击数:207

1 项目背景

中天合创大型煤炭深加工DCS项目,依托于中天合创能源有限责任公司开展的煤炭深加工示范项目。本项目由中天合创能源有限责任公司(ZTHC)、中石化宁波工程有限公司(SNEC)、中国石化工程建设有限公司(SEI)、中石化上海工程有限公司(SSEC)、浙江中控技术股份有限公司(SUPCON)等单位,分别从项目设计、系统研发、现场测试、开车投用等方面进行了联合技术攻关。

本项目的开展,对于提升国产自控系统的自主创新能力具有重要作用,通过DCS国产化应用攻关和工程使用,让“中国创造”的DCS在这一世界级煤基甲醇制烯烃项目上取得重大突破,对于我国自动化产业的发展,以及我国煤化工等国民经济支柱产业的战略安全都将产生深远的影响。

2 实施案例与应用

2.1 网络结构

本项目采用中控的ECS-700过程控制系统,ECS-700系统是WebField系列控制系统之一,是在总结JX-300XP、ECS-100等控制系统广泛应用的基础上设计、开发的面向大型联合装置的大型高端操作系统,其融合了先进的控制技术、开放的现场总线标准、工业以太网安全技术等,承担着生产链上“工业控制大脑”的职责。

工业以太网安全技术是系统稳定运行的重要基础。就网络稳定性来讲,大型煤炭深加工项目DCS网络结构设计时应考虑分散风险与数据隔离,同时要关注到统一的监控、生产管理和调度。本项目根据不同区域的安全等级需求划分不同的安全区域,不同安全区域实现隔离和可控的访问。

图1 网络结构示意图

ECS-700可以使用各种国际规约通讯协议与其他设备或系统进行数据交换。但是为了便于维护,中天合创项目中所有第三方系统与DCS的数据交换采用统一的通讯协议进行通讯。通过MODBUS-RTU协议在基础控制层把各个PLC与DCS系统进行连接,各PLC的数据全部集中到DCS系统中。

管控一体化是以自动化控制系统为基础,通过对企业生产管理、过程控制等信息的处理、分析、优化、整合、存储、发布,运用现代化企业生产管理模式建立覆盖企业生产管理与基础自动化的综合系统。本项目通过配置DCS OPC服务器为管理网提供准确的实时数据,操作数据系统ODS对数据进行记录和处理,并通过生产制造执行系统软件MES以Web发布的方式把生产信息进行实时发布。管理者可以用IE浏览器通过企业管理网登陆Web服务器,查看实时生产信息。

图2 管控一体化示意图

就网络安全性来说,本项目控制网内的电脑,全部配置了McAfee Application Control防病毒软件,L4层管理网的电脑全部配置了卡巴斯基杀毒软件。McAfee 对可执行程序进行了严格保护管理,禁止程序的任意使用、安装,确保在系统中只运行受信任的应用程序。若有其他非白名单中的应用程序(包括病毒)尝试运行将会被软件阻止,并在系统日志中进行记录,以此减少来自未经授权应用程序的风险,实现更强大的终端、服务器和固定设备的控制。

2.2 应用情况

大型煤炭深加工项目的控制方案主要由工艺包厂家和设计院,中控负责控制方案的实现。其中包括气化炉氧煤比控制、聚丙烯出料闭锁料斗控制以及高压聚乙烯复杂回路控制。在控制方案的实现过程中,组态程序应严格根据控制方案的要求编写,同时应遵守组态设计规范的各项规定。

在保证生产安全可靠的前提下,本项目又增加了以下智能辅助系统:

(1)管理系统软件(SAMS)

浙江中控技术股份有限公司设备管理系统软件(SAMS软件),提供一个设备管理与维护平台,使先进的智能设备发挥最大效益,减少仪表的损耗并降低维护成本。

ECS-700系统中的HART智能仪表设备信息可通过控制站中的HART信号I/O模块AI713-H、AO713-H传输到SAMS数据服务器,从而实现智能设备的管理与维护。

图3 SAMS网络结构

中天合创项目每个装置都配置了一套SAMS软件,配置1台AMS服务器和1台AMS客户端。通过SAMS软件的使用,实现HART智能仪表的在线维护,减少维护人员工作量并降低维护成本。

为了让报警更加合理,中天合创项目MTO装置配置了高级报警管理系统(AAS)。通过AAS系统的使用,针对性地优化了MTO装置DCS的报警,控制MTO装置的报警在KPI性能指标要求范围内,比未配置AAS系统的装置报警量减少30%以上,大大减少了各种错误报警对操作人员的干扰。

(2)操作员仿真培训软件(OTS)

同时,为了满足操作员仿真培训的要求,中天合创项目在最关键的MTO装置上配置了OTS系统。

图4 OTS仿真培训系统结构

OTS的主要目标是为操作员提供早期的培训和再训练,同时也是对DCS的校验。通过OTS系统的仿真培训,MTO装置的操作员对装置流程、开停车及故障处理等内容非常熟悉。同时在仿真培训过程中校验DCS系统,对DCS的控制方案、流程画面提出优化建议,使得DCS系统更加符合工艺操作需求。

3 项目创新与成果

3.1 技术创新

如何运用工业以太网安全技术,建立连续生产过程的高安全性、高可靠性操作系统,来满足集成化生产的需要是中天合创项目技术的难点。为此,中控ECS-700操作系统做出以下设计方案:

(1)ECS-700操作系统设计应满足新型煤化工煤制烯烃等高危化工装置大规模生产的过程控制、检测、优化与管理的DCS应用方案,系统的通讯网络应能通过标准的通讯接口与工厂管理网相连,满足集成化生产的需要;

(2)设计和分配合理的DCS的控制站数量,能满足该类化工装置常规过程控制的功能及速度要求,应具备连续过程控制、连锁控制和一般顺序控制的功能,保证网络控制器间可以实现控制数据读写;

(3)从管控一体化的角度考虑,合理设计IDM、ODS、AAS、OTS系统方案以及和DCS的接口,充分考虑各子系统的自身的可靠性,互联的安全性,数据的一致性。保证本项目的生产运行、调度和管理工作高效而可靠。开发适用于煤制烯烃装置的联合生产控制的工程组态方案,提高产品适应性,缩短工程调试周期,提高在同类装置上的投运效率。

3.2 技术成果

该项目是国产DCS首次在大型煤炭深加工联合装置上实现应用,取得的主要技术成果有以下几点:

(1)DCS实际I/O通道点数规模已到20万点以上,该项目采用的大规模DCS控制系统网络结构的配置,满足了项目管控一体化的要求,具备了智能化工厂的数据平台,并取得了初步应用;

(2)该项目采用控制系统冗余、容错可靠性的设计,解决了DCS超大规模网络的稳定性,平均无故障运行时间(MTBF)超过100万小时,DCS系统投运至今,目前已连续稳定运行3年多;

(3)该项目开发国产DCS多种数据交互接口,实现DCS与AMS、ODS、AAS、OTS等系统的数据相互交换与共享;

(4)I/O模块快速扫描周期最快可达20ms,满足工艺对100ms甚至50ms的响应时间要求;

(5)对现有的顺序控制功能模块进行二次开发和提升,满足甲醇区域和烯烃区域对复杂控制回路和顺控的要求。

4 问题及解决方案

本项目在实施过程中也遇到了一些具有挑战性的问题,研发团队在共同配合下一一予以解决,表1是所遇到的问题列表及采用的解决方案:

5 项目意义

中天合创项目是在中国石化物资装备部的指导下,业主单位牵头工程公司、制造企业等成功进行联合攻关,有助于产品行业适应性,提升产业化研究能力,大大缩短技术研究和工程化研究时间,这种创新性的合作模式成为重大装备国产化的应用典范。在研制单位的共同努力下,为国产DCS在大型复杂化工装置的应用提供了关键平台。在国产DCS制造商出色的产品研发能力和工程服务能力的作用下,共同促进国产DCS在大型复杂化工装置的应用迈出关键的一步。

中控作为国内优秀的自主控制系统集成商、核心智能装备提供商,以及国内核心自主工业软件开发商,拥有智能制造领域专业的研发、工程应用人才团队,充分发挥自身优势,助力该项目实现国产控制系统规模的重大突破。项目首次成功实现超大规模煤制烯烃项目DCS国产化,其成果完全可应用和推广至大型蒸汽裂解制乙烯等项目。为保证我国煤化工、石油化工等国民经济支柱产业的战略安全助力,使中石化下属企业及工程公司自主研发的专有技术装上“国产大脑”。

摘自《自动化博览》2019年7月刊

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