石化行业智能化解决方案：一体化控制系统

石油石化行业是一个典型的流程型行业，涉及原油储运、油品加工和产品发运三个主要业务，其中油品加工的整个过程是石化企业生产管理业务的重点。

一般而言，化工生产过程相对复杂，中间产品多，产品具备高压高温、易燃易爆、易污染等特点，需要对其进行实时、准确、完整的过程监测与控制。沈阳享立得公司致力于工业自动化系统解决方案，在化工行业自动化控制方面，以实现经济效益最大化为目标进行方案优化，包括设备状态和流程的在线模拟、仪表在内的设备维护智能化、不良状态预测、工厂风险防范及预处理、智能应急指挥系统等内容的“管控一体化”。

化工行业智能化系统分为三层，即生产操作控制层（PCS）、生产运行管理层（MES）和生产经营管理层（ERP）。

以过程控制系统（PCS）为代表的生产操作控制层，又称为基础自动化层。主要包括：分散控制系统/现场总线控制系统（DCS/FCS）、安全仪表系统（SIS）、火灾及气体检测系统（FGS）、储运自动化系统（MAS）、压缩机组控制系统（CCS）、大型机组状态监测系统（MMS）、设备包控制系统（PLC）、在线分析仪系统（PAS）、仪表设备管理系统（AMS）、操作员培训仿真系统（OTS）、过程控制计算机系统（PCCS）（实施先进控制APC和实时优化RTO等）及实时数据库（RTDB）等系统，其核心是DCS/FCS系统。

生产操作控制层能实时监控生产操作、原料及产品储运、公用工程和产品质量等全过程。并且使生产操作安全、可靠、稳定、长周期及满负荷运行。

安全仪表系统（SIS）

根据各工艺装置不同的特点，装置重要的联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护都设置成自动联锁，统一采用安全仪表系统（SIS）。SIS按事故安全型设置，采用双重或三重冗余、容错系统。

自动联锁保护系统分为两部分：装置联锁保护系统和机组设备的联锁保护系统。原则上在同一设置内，设一套SIS系统。我们建议全公司采用同一型号的SIS系统，以减少今后的维护工作量和维护成本。

为了尽可能避免联锁事故的发生，设置予报警、报警信息，按程度分为3种优先级别，并配3种不同音调加以区分。

与DCS/FCS的设计方式相同，将SIS控制器或远程I/O机架安装在现场机柜室内，通过光缆接入中央控制室（CCR）操作站。根据需要在较远的现场机柜室适当设置辅助操作台，用于就地监控、机组试车和装置开停工时使用。

保证自控系统正常运行的主要安全技术措施如下：

（1）现场仪表及控制系统均选用先进可靠的产品。DCS控制器、电源单元、通信网络、控制类I/O卡等都采用冗余配置；

（2）联锁保护系统及机组控制系统采用三重化或双重化的冗余、容错系统重要的联锁系统检测元件或输入信号按冗余方式设置。SIS检测元件和执行机构按事故安全型设置，即SIS故障或一旦能源中断，执行机构的最终位置应能确保工艺过程和设备处于安全状态；

（3）SIS设置事件序列记录站，用于记录设备状态和连锁事件，以便事故原因的追溯；

（4）自动控制系统设置独立的冗余的UPS电源，其供电安全、接地保护等问题在设计时应引起足够的重视；

（5）操作站与机柜采用冗余的通讯电缆或电缆连接，室外光缆通过不同的路径敷设，以确保通信的安全；

（6）为减少局域网对生产过程控制系统的干扰，建设公司控制网络，独立于公司的管理信息网。通过网络物理隔离设备（与防火墙不同。防火墙在受攻击成功后使两网畅通，物理隔离设备在受攻击成功后使两网隔离）与管理信息网连接。决不允许在两网信息互交时，因病毒、黑客或用户通过管理信息网侵害控制网，提高控制网络的可靠性，保证生产控制系统的安全运行；

（7）现场对DCS/FCS、SIS、FGS、CCS/ITCC、PLC等主要系统需充分考虑防雷措施，确保过程控制系统及仪表安全。

安全仪表系统（SIS）安装在中央控制室（CCR）和现场控制机柜室（FAR）里。安全仪表系统（SIS）的设计必须满足根据IEC61508/IEC61511所定义的安全度等级（SIL）。

安全仪表系统（SIS）独立于DCS系统和其它子系统单独设置，采用故障安全型设计，确保装置的安全性和可靠性。

安全仪表系统（SIS）采用经TUV/IEC安全认证的三重化（TMR）可编程序控制器（PLC）完成各工艺装置的紧急停车和紧急泄压。SIS应具有SOE功能。

紧急停车信号通过冗余MODBUS-RTU通信接口连接到DCS。所有的过程报警、旁路、复位等信号能在DCS操作站上显示。

火灾及气体检测系统（FGS）

火灾及气体检测系统（简称FGS）包括各工艺装置、公用工程、油品储运的可燃气体、有毒气体和火灾检测系统，以及建筑物的火灾检测系统。FGS系统与过程和设备的安全仪表系统（SIS）相独立。

根据目前国内外有关规程，FGS可以单独设置，也可以采用独立的火灾报警系统（FGS）。建议在炼油、化工及其灌区等爆炸危险场所采用FGS系统，其他公用工程与中央控制室（CCR）、总变电所、中心化验室等建筑物采用FAS。FGS通过光缆与在中央控制室（CCR）的监控站进行通信。在中央控制室（CCR）内设置一个独立的控制站（与DCS的操作站相同）用于FGS系统，并有独立的顺序记录。设置报警指示灯和控制开关。全厂可燃气、有毒气及火灾报警系统控制器安装在各现场机柜室内。FGS系统与DCS/FCS系统通信，同时与自动灭火等系统实现数据联网，通过公司管理信息网提供消防队、环安等部门监控。全公司的FGS系统需要统一型号。

火灾及气体检测系统（FGS）独立于DCS系统、SIS系统和其它子系统单独设置。采用可编程控制器（PLC）接受来自现场（包括装置区、灌区等场所）的火灾、可燃气体、有毒气体探测器的信号及手动报警信号，启动警报系统并产生消防联动和装置的紧急停车，同时将经过确认的火警信号传送到全厂消防控制中心。FGS应具有SOE功能。FGS系统与DCS系统可实现实时数据通信，在DCS系统操作站上显示报警及打印。

机组控制系统（ITCC/CCS）

大型机组控制系统由两部分组成：压缩机组控制系统（CCS，又称ITCC）和大型机组状态监测系统（MMS）。它们是独立的控制系统。

压缩机组控制系统（CCS/ITCC）CCS/ITCC系统用于压缩机的防喘振调节和连锁保护。CCS/ITCC系统根据工艺过程的要求，使压缩机系统在最小流量喘振曲线下维持压缩机最佳的性能和功效。

CCS/ITCC系统采用三重化或双重化的冗余、容错系统。重要的联锁系统控制元件，或输入信息按三取二的方式设置。

CCS/ITCC系统的硬件设置在现场机柜室（FAR）中。防喘振调节的特殊、高速的电子设备完成，并存储工艺气体补偿的喘振模型曲线。

大型机组状态监测系统（MMS）MMS系统用于透平机、压缩机和泵等主要转动设备参数的在线监控，对转动设备的性能进行分析和诊断，支持转动设备的故障预维护。重要运行参数（轴振动、轴位移、转速等）直接传动到MMS系统，操作人员在管理站上直接读取转动设备运行参数，在线诊断分析结果。

MMS系统数据处理器设在现场机柜室（FAR），服务器和管理站设在中央控制室（CCR）。各现场机柜室（FAR）之间及中央控制室（CCR）的MMS系统通过双重冗余的光纤电缆进行数据通信，构成MMS系统局域网。MMS系统的信息数据采用通信方式传送至DCS/FCS系统。用于连锁保护的数据，通过硬接线方式传送至SIS系统，通过局域网供管理层分析处理，为预防性维修提供依据。

大型机组控制系统由于机组制造商不同，相应的控制系统配置、型号均不相同，因此尤其要统一仪表及控制系统型号，减少今后的维护工作。

大型机组（如：裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、二元制冷压缩机、甲烷膨胀/压缩机等）的控制系统由两部分组成：透平/压缩机组综合控制系统（ITCC/CCS）和转动设备在线检测系统（MMS）。机组控制系统是独立于DCS的控制系统。其它机组和设备包（如：循环气压缩机、尾气压缩机、空压机、氢压机、氮压机、急冷油泵、急冷水泵、冷冻机、干燥器、挤压造粒机及风送系统等）的控制系统一般采用PLC或DCS。

ITCC/CCS系统用于透平/压缩机组的调速、防喘振控制、负荷控制和联锁保护。ITCC系统根据工艺过程的控制要求，使压缩机系统在最小流量喘振曲线下维持压缩机最佳的性能和功效。

ITCC/CCS系统采用三重化（TMR）或双重化的冗余、容错系统。重要的联锁系统输入传感器按三取二的方式设置。ITCC系统应具有SOE功能。

机组状态监测系统（MMS）

MMS系统用于透平/压缩机和高速泵等主要转动设备参数的在线监控，对转动设备的性能进行分析和诊断，支持转动设备的故障预维护和资产管理。重要运行参数（轴振动、轴位移、转速等）直接传送到MMS系统，操作人员在管理转上直接读取转动设备运行参数，在线诊断分析结果。