王建军

（神华宁煤集团甲醇制烯烃项目筹建处 宁夏 灵武 750411）

0 引言

煤化工行业工艺复杂、多样，对自控系统和设备都有着较高的要求，尤其对自控系统来说，其可靠性、稳定性和灵活性是保证生产工艺长周期运行的前提，在神华宁煤烯烃项目中，采用了霍尼韦尔一体化系统解决方案。

1 神华宁煤烯烃项目简介

神宁集团煤基烯烃项目设计规模为年产聚丙烯52 万吨，副产品汽油及液态燃料等其他产品20 多万吨。 关键技术和生产装置均处在世界前沿水平。 主要由气化装置、备煤装置，三合一装置（CO 变换、低温甲醇洗、硫回收）、甲醇合成装置，甲醇制丙烯装置、聚丙烯装置、动力站装置、脱硫装置，空分装置和界区外装置（OSBL）组成。

2 霍尼韦尔DCS 系统简介

Experion PKS 过程控制系统采用嵌入式决策支持和诊断技术，其安全组件使安全环境独立于主控系统，提高了系统整体的安全稳定。 在每套PKS 系统中，服务器都可以选择冗余配置，有效存储数据库信息。 FTE 容错以太网可通过网络通讯接口卡与C300 控制器、操作站、服务器、第三方设备及其它PC 连接，避免了因单点故障而引起的系统瘫痪，大大提高了系统可靠性。

2.1 硬件结构及功能

C300 控制器

C300 分散过程控制器采用新颖的立式设计，有效节省了空间。 它包括控制器硬件和控制软件CEE，支持组态、下载及各功能模块的执行。 每套控制器最多支持64 个IO Units，每个控制器有两个IOLINKS 接口， 可以连接C 系列IO 卡件或PMIO 卡件，还可以连接多至8 个FTEB 接口卡与PLC 通讯。C300 输入输出端子板

为C300 控制器提供连接点和所有电缆终端连接口（ 如FTE、IOLINKS 等），为控制器提供24V 直流电源。

I/O 卡件

垂直设计的C 系列输入/输出，以18 度角倾斜，最大限度地减少了机柜空间； 倾斜设计使热量均匀地流过机柜，改善了产品使用寿命，降低了能源成本。 可以简便接入的集成式两级端子块接触简便，能够轻松进行布线安装和维护。 模拟量输入输出卡为16 通道， 支持冗余、HART 协议通讯；数字输入卡为32 通道，支持冗余。数字输出卡32 通道，分为触点输出和继电器输出，支持扩展。

防火墙模块及FTE 容错以太网络

防火墙模块支持C 系列产品，C300 及C 系列现场端口模块都必须与防火墙连接。防火墙与L1 或L2 层交换机之间采用光缆或STP 连接。 它采用24V 直流供电，支持冗余及运行自诊断，但是与其他防火墙之间只可并接不可串接。 当发生故障时，指示灯显示。 防火墙输入输出端子板可连接控制器，C 系列现场接口模块及FTEB 。 新型控制防火墙，防止关键系统出现电脑安全泄密，保证系统可用性。 防火墙防止控制层发生以太网消息泛滥及拒绝服务攻击。 只有控制专用的消息才传送至控制器，防止速度下降或完全关闭。

PKS 应用了容错以太网 （FTE），FTE 节点之间有4 个通信路径， 对电缆和电子设备中的各种多重故障具有容错功能，对PC 应用程序具有透明性，并具有快速检测和恢复。FTE网络使用单一网络，不需要服务器和工作站来重新建立网络连接。因此，切换时间通常只有1 秒钟。FTE 由多路选择逻辑单网的组网方式代替了双网结构，实现了多路由选择，最优路径选择和交换机快速切换。 它包括冗余的交换机和电缆，需要两个防火墙的支持， 一个支持FTEA， 另外一个支持FTEB。

Honeywell 在Experion PKS 控制网络安全上考虑了目前所有已知的各种安全隐患。 同时在系统架构中已经考虑到局部可能出现物理故障时的容错能力。 考虑到极端情况发生，即使整个网络受攻击瘫痪， 控制器C300 在控制器防火墙的保护下仍能够继续工作，保证生产正常进行。

其网络结构图如下所示：

图1 FTE 容错以太网络结构

2.2 DCS 系统应用

霍尼韦尔DCS 应用在神华宁煤烯烃项目所有装置的实时控制、报警管理、历史数据和事件的采集和存储、报表的生成和存储、 过程操作、HART 智能仪表的管理和动态监控、生产操作数据系统的建立和应用、 并提供与工厂网络的接口等。

本工程采用中央控制室（CCR） 和现场机柜室（FRR）分离设置的方式。 各装置的DCS 的操作站设置在中央控制室，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中央控制室，从现场机柜室到中央控制室的信号采用冗余光缆连接。 在中央控制室进行全部的控制、监测、报警及报表等操作。

2.2.1 单套装置DCS 配置方案

针对具有现场机柜室的装置，DCS 系统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用于系统组态、调试。

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SIS、PLC、ITCC）进行通讯，将数据采集进DCS 系统后，统一上传至中央控制室。

3）在中央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。

4）为了保证数据传递的可靠，从现场机柜室的交换机引出2 路冗余光缆连到中央控制室2 台交换机，用于本装置服务器、操做站、网络打印机的连接。

其系统结构图如图2 所示。

2.2.2 中央控制室DCS 配置方案

中央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，用于调度人员指挥生产。 因此中央控制室DCS 系统的配置如下：

图2 单个装置DCS 配置图

1） 在中央控制室服务器室配置所有装置的PKS 冗余服务器。

2）在工程师室配置工程师站对各装置进行工程组态。

3）在中控室操作大厅配置双屏操作员站、值长站及网络打印机。

4）应用层配置了OPC 服务器、防病毒服务器、Web 服务器、报警管理服务器。

5）在中央控制室机柜间配置网络柜、电源柜、防火墙，交换机、GPS 设备。

2.3 全厂DCS 系统网络配置方案

神华宁煤烯烃项目网络分为4 层，Level 1 到Level 4 层。

1）在Level 1 层上使用控制防火墙，它是在已有可靠的网络架构基础上，增加另外一层高安全防护，控制防火墙只允许与C300 控制器有关的信息通过， 拒绝接受所有控制器不需要的信息

2）在Level 2 层使用交换机，连接各现场机柜间与中控室控制防火墙、操作员站等设备。

3）在Level3 层使用主干交换机，各工艺装置通过中央控制室的交换机汇集到主干交换机上。

4）在Level4 层使用防火墙以及交换机，通过防火墙以及交换机来连接第三方的系统以及企业管理网。

其网络结构图如图3 所示。

2.4 系统安全

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。

图3 全厂DCS 网络结构图

3 结束语

霍尼韦尔公司通过MAV 的方式， 为神华宁煤烯烃项目提供了包括DCS、AMS、PHD 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，为装置的安全、平稳运行打下了良好的基础。目前霍尼韦尔的DCS 在神华宁煤烯烃项目已投入商业化运行。S

［1］Experion Solutions Honeywell.Experion PKS Platform.

［2］Honeywell Experion PKS Knowledge Builder.Honeywell Co.,LTD.