自动化技术应用及发展

➢PCS的操作站设置在联合中央控制室内，控制器和过程接口设置在各 工艺装置的现场机柜室内。采用以太网、OPC的通信方式将过程控制 层和管理层（包括生产运行管理和企业经营管理）集成为一个整体。 在过程控制层设置共享的实时数据库为管理层的关系数据库提供生产 数据。
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
图2.1某乙烯工程联合控制室
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
图2.2某乙烯工程装置系统配置图
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
图2.4 DCS制造商网络架构- Emerson
一、前言
1.1我国石化行业现状和发展趋势
石化工业作为基础能源和原材料产业，已成为国民经济发展中的重要支 柱产业。在十一五规划重点建设的项目就有茂名、福建、独山子、天津、 镇海、武汉、抚顺、四川等8个百万吨级乙烯厂。2010年底，我国的乙 烯产能已达到1800万吨，成为世界第二石化大国。
我国虽然是世界上石油化工生产大国，但总体来讲集约化程度不高，能 耗、物耗偏高，不符合低碳经济、绿色经济的发展要求。由于石化工业 的产业链长，能带动相关产业面广，目前国家经济发展对石化产品需求 依然较大，许多地区将石油、石化、煤制烯烃项目作为带动地区经济的 发展重点。
一、前言
提高石化企业集中度可以有效的控制成本，合理调配资源。通过石化生 产装置互联、上下游产品互供、管道互通，实现产品项目一体化、公用 辅助设施一体化、管理控制一体化。达到安全环保、节能降耗的目标。 提升在充满激烈竞争的国际市场的竞争力。
大型石化企业正积极推进“石油化工智能化生产技术”应用，包括：企 业资源规划系统（ERP）、生产运营管理系统（MES）、先进过程控制/ 实时优化（APC/RTO）、分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统 （FCS）等，集石化业务规划决策优化、计划方案优化、调度优化和在线 闭环控制优化于一身。
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
通过生产操作自动化，经营管理信息化，实现从原料选择，采购，生 产加工过程到化工产品仓储、物流全过程的控制和管理，实现企业利 益的最大化。
自动控制和信息管理系统的总体解决方案，一般分为三个层次，即过 程控制层，以集成控制系统（PCS）为代表；生产运行管理层，以制造 执行系统（MES）为代表；生产经营管理层，以企业资源计划（ERP） 为代表：
以自动化技术、信息技术和现代管理技术相结合提升石化传统行业的综 合竞争力，是石化行业的发展趋势。近期国内新上的大型石化项目都具 有规模化，一体化、智能化和清洁化的特点。 。
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一、前言
1.2过程自动化技术的发展状况
自动化仪表和控制系统的发展与电子技术、计算机技术、网络技术的飞 速发展是分不开的。其发展经历了基地式仪表、单元组合仪表、组装式 仪表、分散型控制系统，并发展到现场总线和无线控制系统。 ➢ 气动单元基地式仪表--第一代； ➢ 4～20mA等电动模拟信号指示控制仪表--第二代； ➢ 数字式单回路指示控制仪表--第三代；
➢ 70年代中期以来的集散型控制系统DCS--第四代；
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一、前言
➢ 现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统： • 一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、
标准化的网络协议，克服了封闭系统的缺陷； • 另一方面，把DCS的集中与分散相结合的集散系统架构，变成了全分布
自动化仪表的系统设计和应用理念与传统模式相比发生了相当大的变化， 它提出了自动控制和信息管理一体化的全厂自动化智能解决方案，从而改 变了以往企业的生产过程控制和管理模式。
➢ 从工厂操作，管理，维护的角度出发，要求过程控制系统和信息管理系统 的设计具有开放性，经济性，互操作性和可维护性的特点。
➢ 从功能和风险控制的角度出发，要求系统的设计具有可靠性，分散性和可 用性的特点。
TCP/IP
图2.6 DCS制造商网络架构-Yokogawa
3rd parity subsystem
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安全仪表系统（SIS） ➢为保证操作人员和生产装置的安全，根据各生产装置不同的特点， 重要的安全联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护设置SIS系统。 ➢SIS系统按照IEC61508中规定的SIL3级设计。SIS系统采用经TUV安 全认证的双重化、三重化或四重化的安全可编程序控制器 PLC。 ➢在中央控制室辅助操作站上设置紧急停车按钮，开关采用硬线接到 中央控制室安装的SIS控制器的DI卡，通过冗余安全网络通信到现场机 柜室SIS控制器。SIS系统设置在各装置的现场机柜室，各装置独立设 置控制器。 ➢SIS系统具有报警事件顺序记录功能(SER)，用双重冗余的光纤电缆 连接构成独立的SIS系统SER网络。每一个SER网络配置一台工程师站 和一台SER工作站，安装在相应的中央控制室。工程师站用于SIS系统 的组态、下装、调试和日常维护，SER工作站用于报警事件顺序的记录。 所有的SIS过程变量、过程报警、旁路功能、复位等信号能在DCS操作 站上显示。
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分散型控制系统DCS ➢DCS除完成各装置的基本过程控制、操作、监视、管理之外，同时还 完成顺序控制、批量控制、一般工艺联锁，以及部分先进过程控制策 略。 ➢DCS中央处理器（CPU）卡，控制及关键I/O卡、通信卡及网络、电 源卡等将采用冗余配置。 ➢DCS系统的操作站、打印机、数据存贮设备、工程师站及其它操作终 端等安装在中央控制室CCR内；CCR内设一套公共的软件/硬件平台及 接口用于连接管理信息系统，设一套公共的工程师站用于软件组态、 维护、故障诊断及开车。 ➢过程控制站等安装在现场机柜室。各控制站根据各装置的具体情况 配置冗余的串行通信接口用于连接SIS、CCS、MMS、PLC、PAS等子系 统，以及SCADA系统、CCTV系统等。联合中央控制室与现场机柜室之 间用双重冗余的光缆连接。
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一、前言
自动化仪表发展历程：
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
为满足一体化装置的需求，达到集约、资源共享的目的，自动化系统和仪 表选型解决方案随着石化行业发展的需要不断更新。而计算机技术、网络 和信息技术以及仪表自动化技术的不断成熟和高速发展，为一体化石化装 置实现安全/稳定/长周期低耗运行提供了可能。
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
压缩机控制系统（CCS） ➢根据生产装置的需要，设置压缩机控制系统(CCS)，完成压缩机组的 调速控制、防喘振控制、负荷控制及安全联锁保护等功能，并与装置 的DCS进行通信使操作人员能够在DCS上对机组进行监视和控制。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。 ➢CCS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的控制站设置在现场机 柜室（FRR）。 ➢对于机组控制较简单的装置(如往复式压缩机)，机组的监控可由装置 的DCS完成， 机组的安全联锁保护由SIS完成。
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图2.5 DCS制造商网络架构-Honeywell
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EWS
HIS
OPC Server
PRM SVR
CCR FRR
HIS Field network
PRM F/S
Modbus RS485
式新型结构，把控制功能彻底下放到现场。 • 开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。一般把现场
总线系统称为第五代控制系统。 ➢ 近一两年来，随着工业无线网络技术的发展和成熟，无线仪表和控制系
统又为我们描绘了新的应用前景，是否能称为第六代控制系统，我们将 拭目以待。
此外，功能安全技术的发展、各种先进的控制对策和解决方案的推出， 都为石油化工企业朝着大型化、一体化、智能化和清洁化等方向发展提 供了保证。
自动化技术在石化行业的应用 与发展趋势
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李冰
上海，2011年6月15日
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标题
一、前言 二、新建大型一体化石化装置自动化水平 三、现场总线技术的应用现状 四、工业无线网络技术发展和应用现状 五、其他自动化技术 六、结束语
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
生产运行管理层
➢以生产过程制造执行系统（MES）为代表，主要内容包括：生产成本控制、生产计 划与调度、操作管理、油品储运、油品调和与发运、物料平衡、能耗管理、计量管理、 收率管理及实验室数据管理系统（LIMS）等。其核心是生产成本控制。 ➢MES以生产综合指标为指导，分解生产计划，执行优化的调度方案，对生产过程进 行优化操作控制。将过程控制层送上来的数据进行必要的处理，形成企业统一的生产 数据平台，为准确决策提供依据。
生产经营管理层
➢以企业资源计划（ERP）为代表的生产经营管理层，主要内容包括：财务管理、供 应链管理（ SCM）、采购管理、销售管理、经营计划管理、人力资源管理、绩效考核 管理、工厂维修管理、文档管理、办公自动化（OA）及互联电子商务（EC）平台等 等，其核心是企业财务管理。 ➢ERP集成了企业的关键信息和核心数据。应用ERP理念、方法和技术，建立以财务为 核心、一体化的经营管理平台。以成本控制为中心，实现物流、资金流和信息流三流 合一，做到信息无缝、透明和资源共享。
图2.3某乙烯工程控制与信息管理系统总体架构
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PCS设计的总目标 ➢为生产过程提供稳定、可靠、高质量的参数监测、控制、报警、联 锁、先进控制和实时优化策略及硬件设备； ➢采用先进的控制系统为企业提供每个生产装置、公用工程和辅助设 施的生产运行状况、产品产量及质量、原料和公用工程消耗等报告； ➢自动化系统具有高可靠性、可用性及可维护性，使由仪表、仪表保 护系统及控制系统故障引起的装置非计划停车减至最少； ➢将全部仪表设备维护信息集成，包括仪表设备运行历史分析、维护 计划、库存控制及采购； ➢为企业的安全、健康、环保、节能提供可靠保证； ➢为企业提供最好的操作员培训和支持系统； ➢为MES和ERP提供工厂管控一体化的过程控制和经营管理的实时数据 库平台，做到信息透明、资源共享，为生产和营销决策提供可靠的依 据。
在国家各项鼓励和扶持政策的大力推动下，我国石化行业发展迅猛，向 着大型化方向发展。国家发改委明确提出：新建炼油项目产能应在800万 吨以上；新建乙烯项目产能应在80万吨以上；新建PX项目产能应在70万 吨以上的规模要求。中石化科技发展部提出：新建项目要符合“大型化，
一体化，高科技”的方针。
SSHale Waihona Puke BaiduC 中石化上海工程有限公司
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
过程控制层 ➢大型石化一体化装置通常由十多套工艺装置及相关配套公用工程和 辅助设施组成。这些工艺装置和配套单元通过一套集成的过程控制系 统（PCS）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，并使生产操作安全、可靠、灵敏、稳定及优化。
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二、新建大型一体化石化装置自动化水平
转动设备在线监测系统（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、键相等）传送到 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。 ➢对于其他转动设备，运行参数通过便携式数据采集器进行收集，并 下载到MMS系统中。 ➢MMS系统的信息应能被工厂管理网查询。MMS系统的信号输入卡和 数据处理器安装在机柜室FRR中，服务器和工作站安装在中央控制室 CCR。各FRR之间和相对应的中央控制室的MMS系统硬件通过冗余的光 纤电缆进行数据通信，构成MMS局域网。 ➢MMS系统中用于工艺操作的数据，以通信方式传送至DCS系统或CCS 系统；用于设备联锁保护的数据，通过硬接线的方式传送至SIS系统或 CCS系统。