中國石化北海分公司全廠煉油化工一體化項目

浙江中控技術股份有限公司

1 項目背景

由于煉油化工工藝流程復雜，具有高溫、高壓、臨氫、有毒，易燃易爆等特點，所以對控制系統要求高。目前，我國大中型石油化工重大工程的主要工藝技術和與之配套的自動化成套控制系統基本從國外進口，形成了壟斷的局面。但國內自動化控制系統經過十多年的發展，已經在中小項目占有明顯優勢，在重大石化、化工裝置取得突破是國產系統今后的努力方向。研制和集成面向石油化工等重大工程自動化成套控制系統，是確保石油化工行業的產業安全以及國民經濟健康發展的必然要求。

中國石化北海煉化有限責任公司新建全廠煉油化工一體化項目裝置包括500萬噸/年常減壓蒸餾、120萬噸/年延遲焦化、60萬噸/年連續重整、32萬噸/年異構化、170萬噸/年催化裂化、25萬噸/年氣體分餾、260萬噸/年柴油加氫、70萬噸/年催化汽油加氫、2×3萬噸/年硫磺回收、20萬噸/年聚丙烯裝置及配套建設產品精制等19套裝置組成。全廠采用一套中控ECS-700控制系統，同時實現60萬噸/年連續重整裝置、20萬噸/年聚丙烯裝置控制系統的首次國產化。

2 項目配置

中國石化北海煉化有限責任公司地處廣西省北海市鐵山港區，一期工程包含9套主裝置及配套罐區、公用工程單元。根據裝置布局，整個項目設計1個中央控制室（CCR）和12個現場機柜間（FAR）。

各機柜間及裝置DCS I/O點規模見表1。

全項目各裝置DCS系統控制器、電源、網絡及控制回路I/O信號全部采用冗余設計。

表1

圖1 ECS-700網絡結構

本項目全廠DCS系統采用浙江中控技術股份有限公司Webfield ECS-700控制系統，根據設計要求，全項目模擬量全部采用隔離安全柵和浪涌保護器隔離，數字量全部采用繼電器隔離，電源部分和通訊部分也全部采用浪涌保護器隔離。本安信號采用隔離柵和浪涌保護器一體化設計，隔爆儀表直接采用浪涌保護器?？傆嫻彩褂酶黝愋透綦x柵7593只；各類浪涌保護器11565只。

3 DCS系統配置

如圖1所示，ECS-700系統是中控InPlantTM整體解決方案的核心平臺。ECS-700系統具有管理大型聯合裝置的一體化能力。系統在設計時已經充分考慮到大型工廠信息共享與協同工作的需求，其一體化的系統結構和系列應用軟件可幫助用戶及時獲得決策信息，協同不同部門的人員工作，減少維護費用，提升生產效率。ECS-700系統具有OPC/ODBC等與上位信息系統易于進行數據交換的開放接口，能夠充分滿足企業信息系統的各種信息需求。同時，ECS-700系統具備靈活的系統結構，支持持續的在線系統擴容，從而保護用戶的投資。ECS-700系統具備良好的擴展性和開放性，可通過增加控制節點、操作節點、系統位號方便地擴大系統規模。ECS-700系統支持通過PROFIBUS、Modbus、OPC多種方式與第三方系統連接，并支持標準以太網連接信息管理網，共享數據。

ECS-700系統由控制節點（控制站及配套設備）、操作節點（工程師站、操作員站、主工程師站、數據站、AMS站等）及系統網絡（包括過程信息網SOnet、過程控制網SCnet、I/O總線I/O BUS）等構成。

ECS-700系統支持16個控制域和16個操作域，每個控制域支持60個控制站，每個操作域支持60個操作站，單域支持位號數量為65,000點。

3.1 過程信息網SOnet

過程信息網SOnet連接控制系統中所有操作節點，包括工程師站、操作員站、數據站等，在操作節點間傳輸歷史數據、報警信息和操作記錄等。過程信息網上各節點可以通過各操作域的數據站訪問歷史信息、報警信息等，并下發操作指令。過程信息網基于100Mbps/1Gbps工業以太網，支持總線型、星型、環型多種拓撲結構，最大傳輸距離20km。

3.2 過程控制網SCnet

過程控制網SCnet連接工程師站、操作員站、數據站等操作節點和控制節點，在操作節點和控制節點間傳輸實時數據和各種操作指令，具備高速、可靠、穩定等特征。

支持1:1冗余，A/B網同步工作，無切換時間；

采用分域設計，劃分控制域和操作域，既實現數據共享，又實現數據隔離，防止數據風暴，保證系統可靠性；

支持多種網絡拓撲結構，可靈活劃分過程控制網，統一過程信息網；

實時數據傳輸采用時間驅動模型，數據量穩定，微觀流量平衡

傳輸數據類型單一，網絡流量小；

控制器內置防火墻，隔離故障及無關數據；

數據傳輸采用多級數據校驗機制，確保數據正確性；故障診斷軟件對網絡狀態及節點狀態實時監控、實時報警；

過程控制網SCnet基于100Mbps/1Gbps工業以太網，支持總線型、星型、環型多種拓撲結構，最大傳輸距離20 km。

3.3 I/O 總線

I/O總線包括本地I/O總線（L-BUS）和擴展I/O總線（E-BUS）。本地I/O總線主要用于控制器或I/O連接模塊和I/O模塊的連接；擴展I/O總線主要用于控制器和各類通信接口模塊（如I/O連接模塊、PROFIBUS通信模塊、串行通信模塊等）的連接，它基于100M工業以太網構建，最大傳輸距離20km。本地I/O總線與擴展I/O總線均支持冗余配置。

4 網絡系統配置與實施

本系統為一個全廠性的完整的系統。每個裝置的控制系統獨立構成，通過工廠控制系統網絡的三層網絡交換機相連，實現整個工廠控制系統網絡上系統數據共享。

通過設置在三層網上的OPC服務器將整個控制系統與工廠管理信息網連接，實現了管控信息一體化。

在控制系統內，采用了對等式C/S的網絡結構，并配置了兩層通訊網絡：過程控制網和過程信息網?？刂凭W直接連接了系統的控制站和操作站節點，是傳送過程控制實時信息的通道，完成實時I/O信息、控制命令、報警和各種歷史數據等的傳輸與發送，并采用雙重化冗余設計，數據傳輸可靠、實時、高效。過程信息網還實現了與管理信息網的連接。

每個系統內的任何操作節點，包括操作員站、工程師站節點等，均可以通過組態文件網絡傳輸和共享發布的方法，進行系統組態、編譯、下載等操作。

本系統網絡結構穩固、可靠，任一網段、任一節點的故障均不會影響整個網絡的正常運行，也不會影響網絡上其他網段和節點的運行，完全滿足石化企業對DCS系統網絡高可靠性和安全性的要求。

本項目網絡采用控制網各裝置相互獨立，通過三層網絡交換機進行星形連接的方式，其優勢：

通過三層網絡交換機的網絡隔離和故障安全功能，對各域之間的數據進行隔離，對網絡流量進行控制，降低網絡負荷，能夠在對于各域節點故障、網絡風暴等故障情況下保證網絡的安全和網絡負荷的穩定。

采用星形連接的網絡方式，每個操作域、控制域相互獨立，控制域或者操作域中節點的故障不會影響到其他控制域或操作域節點的正常工作。

通過系統結構組態軟件可以對操作域和控制域的映射關系進行靈活的配置，方便用戶根據項目的實施充分利用CCR中的工作站資源。

該項目自2011年3月開始，各裝置陸續開始現場安裝及調試工作。在2011年12月底所有裝置陸續投運，2012年1月1日，全線開車成功。