霍尼韦尔的DCS、SIS、CCTV系统

('霍尼韦尔的DCS、SIS、CCTV系统在神华包头煤制烯烃项目中的应用摘要：简单介绍了神华包头煤制烯烃项目中应用的霍尼韦尔公司的DCS、SIS、CCTV等主要产生监控系统的系统结构，以及各系统间的集成。并介绍了生产调度指挥中心如何实现全厂生产数据的采集、数据处理及显示。关键词：控制系统；数据采集；实时数据库1引言神华包头煤制烯烃项目，于2006年12月获得国家发展和改革委员会核准，总投资165亿元，是迄今为止经国家核准的唯一的煤制烯烃项目，也是世界首套煤制烯烃工业化生产示范基地。项目建设规模：180万吨/年煤制甲醇、60万吨/年甲醇制烯烃、30万吨/年聚乙烯、30万吨/年聚丙烯、4套6万立方米/小时空分制氧、3套480吨/小时蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工程等。核心技术采用国内自主知识产权的甲醇制烯烃技术，其他主要工艺装置均采用世界先进的煤化工/石油化工技术，包括GE水煤浆气化技术、德国林德公司低温甲醇洗技术、英国DAVY公司甲醇合成技术、美国DOW公司聚丙烯技术、美国UNIVATION公司聚乙烯技术等。2主自动化控制系统采购原则为了确保系统的完整性、协调性和工程进度，本项目控制系统的采购采用了MAV（MainAutomaticVenders）方式。MAV与业主签订框架协议，在项目执行中由EPC与MAV供货商分别签署采购合同。最终霍尼韦尔公司中标。MAV的供货范围包括DCS、SIS、GDS、工业CCTV、DLP大屏幕显示系统以及相关的安全栅、机柜和就地控制室仪表盘等。序号系统/设备名称生产厂商1DCSHONEYWELL2SISHONEYWELL3CCTVHONEYWELL4GDS德尔格5DLPBARCO6安全栅MTL7机柜RITTAL3各控制子系统简介3.1DCS系统3.1.1DCS系统配置原则本项目采用联合控制室（UCR）和现场机柜室（FRR）结合的配置方式。原则上生产装置的DCS控制系统的操作站设置在相应的联合控制室，控制站设置在相应的现场机柜室，所有现场仪表信号传到现场机柜室，再从现场机柜室传到联合控制室，从现场机柜室到联合控制室的信号采用双冗余光缆连接。在联合控制室进行全部的控制、监测、报警及报表等操作。由于各装置的建设进度不一样。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生产装置的DCS系统都配置成独立的、完整的系统。DCS系统采用了HONEYWELL公司最新的ExperionPKS-C300控制器。系统的基本结构简图如下：3.1.2单套装置DCS系统的配置方案针对具有现场机柜室的装置，DCS系统均按下列原则进行配置：1）系统的所有机柜均安装在现场机柜室，另外在现场机柜室内设有工程师站、开停工用的操作站。2）通过配置OPC服务器或串口服务器，与装置的其它控制系统（如机组PLC、装置的先进控制系统等）进行通讯，将数据采集进DCS系统后，统一上传至联合控制室以及全厂生产调度中心。2）在联合控制室内安装多台操作站、打印机等，实现日常的生产控制、监测、报警及报表输出等操作。FTE网络串口服务器数据库服务器C300控制器操作员站工程师站网络打印机控制器防火墙交换机3）为了保证数据的传递速度，从现场机柜室的CISCO2960交换机引出2路通过光缆连到联合控制室，其中1路连接另1台CISCO2960交换机，用于本装置操作站、网络打印机的连接；另1路连接到CISCO3750交换机，负责将数据进行上传，供生产中心和总厂调度指挥中心使用。3.1.3联合控制室DCS系统的配置方案联合控制室主要实现对各生产装置的日常监控、操作，以及作为生产中心的调度室，负责对所辖装置的生产数据进行集中处理、显示，用于调度人员协调、指挥生产。因此联合控制室DCS系统的配置原则如下：1）配置1台数据库服务器，通过DSA组态，将各装置的生产数据都集中过来，配置2台调度员操作站，连接到这台数据库服务器，负责对中心的所有装置进行监视。2）配置1对CISCO3750交换机，用于连接各装置的DCS系统，同时与全厂的生产调度指挥中心进行连接，负责将生产数据上传。联合控制室及某2套装置DCS系统的结构简图(B装置简略)如下3.2SIS系统配置方案1）SIS系统采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。HSMS采用SM-2004D调度员站3750交换机数据库服务器A装置操作员站工程师站操作站2960交换机2960交换机数据库服务器C300控制器A装置现场机柜室联合控制室去PMCCDSA组态串口服务器DSA组态B装置现场机柜室数据库服务器配置：冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN19250标准，SM-2004D配置符合TUVAK6级及IEC61508SIL3级标准安全认证。这种两套完全平行运行、完全冗余的系统能对单系统容错。2）每套生产装置的SIS系统都配置成独立的、完整的系统。而且对于有多个系列的装置（如气化装置有7台气化炉），要求每个系列配独立的控制器。3）由于本项目采用联合控制室（UCR）和现场机柜室（FRR）结合的配置方式，正常生产时操作员都在联合控制室，因此生产装置SIS系统的辅助操作台设置在相应的联合控制室，而SIS系统控制器设置在相应的现场机柜室。4）对于离联合控制室较远的装置，从辅操台到SIS系统的控制器无法用硬接线实现信号的可靠传送，因此在联合控制室设置了1台SIS远程控制器，辅操台上的信号先通过硬线接到SIS远程控制器的输入/输出卡件，SIS远程控制器与装置SIS系统控制器间通过TUV认证的冗余安全网来传送信号。5）SIS系统通过冗余的通讯卡，通过FTE网络与DCS系统无缝集成。SIS系统的操作接口采用DCS系统的操作站，并在操作站上安装SOE软件（包含在DCS的基本数据库软件中）。6）SIS系统的HART信号经过FTA时被分离出来，经过HART信号分离器MTL4842进入MTL4841模块，再经过RS485串行通讯接口接入AMS系统，实现智能设备的统一管理。3.3CCTV系统配置方案3.3.1霍尼韦尔CCTV系统简介监控系统可分为前端设备区，监控中心和传输网络三大部分。装置现场的摄像机信号先接入安装在就地就地机柜室的光端机，通过光纤传到联合控制室，再经过光端机接受后转变为视频信号进入数字硬盘录像系统(DVR)进行录像。距离联合控制室较近的视频信号则通过视频电缆直接连到数字硬盘录像机。视频信号被压缩成数字信号后存储，同时数字硬盘录像系统连接到联合控制室内的网络交换机，工业视频集成系统HIIS的视频服务器通过网络交换机与数字硬盘录像系统DVR相连，通过DVR对前端摄像机及数字硬盘录像机来的视频信号进行控制和管理。视频网络采用专网来进行视频的传输和监控。CCTV系统结构简图3.3.2包头煤化工CCTV系统配置方案根据全厂控制室的划分情况，全厂整个监控系统包括四个完整的子系统，以及PMCC总体监视部分。见图3.3.2-1各子系统负责的装置区域如下表序号子系统负责区域监控点数1UCR1电站、化学水、脱硫、卸储煤692UCR2气化、净化、硫回收、甲醇、甲醇罐区353UCR3MTO、烯烃分离、烯烃罐区、PP、PE314LCR4净水场、循环水场、污水场、回用水、火炬、装卸站台375PMCC全厂所有装置（含铁路系统的11路信号）183各子系统与PMCC的连接简图如下：3.3.3CCTV系统与DCS系统的集成方案DCS工作站通过自身携带的双网卡与CCTV系统专网的网络交换机连接。同时保证两个网络分布在不同的网段。DCS工作站安装CCTV系统监控软件HIIS客户端后即可在授权的情况下对前端监控设备进行监控和管理。3.3.4CCTV视频图像在大屏幕上显示的集成方案视频信号经过数字压缩变成网络信号后，画面分辨率为300200左右，该信号送大屏幕系统上显示的尺寸不能过大（不能超过50英寸），否则画面清晰度就不理想。而本项目选择的大屏幕系统，单屏为70英寸。为了能在整个大屏幕系统上显示清晰的画面，采用以下方案：联合控制室内的所有视频信号在由现场传输到控制室后通过视频分配器分成2路，1路进入控制室的数字硬盘录像机，另1路进入视频切换矩阵。进入视频切换矩阵后根据需要输出8路视频信号到大屏幕显示。同时视频矩阵还输出另8路视频信号到PMCC，供PMCC的大屏幕显示。PMCC与各联合控制室的视频切换矩阵间的相互调用通过视频光端机的RS422接口连接实现。具体方案示意图如下：4PMCC数据采集、存储、显示系统方案简介4.1功能简介生产调度管理中心（PMCC）主要实现对生产过程的重要参数的监视，生产报表的打印和设备信息的管理。建立一个统一的全厂范围内的数据平台，主要是从过程控制系统（DCS、PLC）获得、收集和存储包括过程变量、过程报警、系统报警、工作记录等实时数据和信息至该数据平台，加工成心的信息资源，提供给调度人员。提供开放的数据接口，为将来全厂信息系统全面集成奠定基础。4.2方案介绍4.2.1实时数据库的选择由于全厂的DCS系统均采用HONEYWELL公司的产品，而且HONEYWELL公司的UniformancePHD核心软件采用成熟技术和成套软件，具有很高的安全性、开放性、先进性、可扩展性，因此选用UniformancePHD作为实时数据库采集平台，为后续项目打好信息化平台基础。4.2.2系统结构4.2.2.1数据接口霍尼韦尔的EPKS服务器，可以利用内部接口与PHD进行通讯；其它厂家控制系统或PLC，只有支持OPC通讯，即可进行数据通讯，也可定制开发数据采集数据交换接口。4.2.2.2采用缓存服务器—主服务器结构来自DCS、PLC等控制系统的数据，先传输到EPKS或OPC服务器，缓存服务器负责从EPKS或OPC服务器获取相关数据，主服务器与缓存服务器同步更新，当主服务器与缓存服务器间的网络发生故障时，则数据可先保存在缓存服务器中，待网络恢视频信号视频分配器硬盘录像机DCS操作站CCTV客户端视频服务器交换机视频切换矩阵拼接控制器DLP大屏幕复后，这部分终端数据可自动上传到主服务器。系统网络拓扑图4.2.2.3缓存服务器和主服务器之间采用防火墙为防止病毒侵入DCS，造成DCS系统故障，霍尼韦尔支持成熟防火墙技术，严格禁止除数据库主服务器以外的机器对EPKS服务器和OPC服务器的访问，确保底层控制系统的安全性。4.2.2.4磁盘阵列数据安全是整个数据采集、存储系统的关键，因此采用了PHD主服务器加磁盘阵列双机冷备的配置，两台PHD服务器硬件配置完全一样，安装的软件完全一致，设置PHD数据文件到磁盘阵列。当运行的服务器出现故障时，人工切换到另1台PHD冷备服务器，不会影响数据采集。4.2.3系统安全设计对于生产控制中心来说，由于直接与生产过程相关，因此系统安全问题是整个系统设计中必须考虑的重点。系统安全主要包括网络安全与数据安全两个部分。4.2.3.1网络安全网络的安全是网络规划与设计的重要内容。由于PMCC的网络物理上与控制系统连接，因此必须保证网络安全，避免对生产造成不利影响。经过安全评估与需求分析，网络安全体系包括操作系统级控制、硬件防火墙、防病毒系统、网络访问规则设置等方面4.2.3.2数据安全数据信息是公司生产控制中心的基础，设计公司的经济和技术秘密，不能随意泄漏和更改，因此保证数据安全是系统正常运行的基本要求。数据安全设计主要包括数据采集、数据备份、数据访问等几方面内容。5结束语霍尼韦尔公司通过MAV的方式，为包头煤制烯烃项目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在内的，完整的、一体化的控制系统解决方案，采用了当前主流的、最先进的系统配置，极大地提高了项目的自动化控制水平，为今后装置的安全、平稳运行打下了良好的基础。',)