摘要：以西門子PCS 7全集成自動化控制技術(shù)為依托，青島大煉油成功實(shí)現(xiàn)全國首例煉油廠全廠的DCS控制。青島大煉油全廠DCS控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不但實(shí)現(xiàn)了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，更在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面做到了全方位的創(chuàng)新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠自動化控制系統(tǒng)的價值典范。

關(guān)鍵詞：DCS  PCS 7  全廠自動化

前言
　　由于我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車消費(fèi)市場成長迅速，能源的需求日益旺盛，導(dǎo)致我國成品油市場一度出現(xiàn)油荒現(xiàn)象。在煉油環(huán)節(jié)，我國煉油行業(yè)一直以來存在煉廠數(shù)量多、規(guī)模小、效率低下等問題，煉油行業(yè)亟需加快大型化、集約化的發(fā)展步伐。因此，近年來，千萬噸煉油、大型煉油基地成為國內(nèi)石油加工行業(yè)的熱門詞匯。

　　中石化青島大煉油是中國第一座一次建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬噸煉油能力的煉油企業(yè)，投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年加工進(jìn)口原油1000萬噸，每月可為國內(nèi)市場增加成品油供應(yīng)近60萬噸，能有效緩解成品油供應(yīng)緊張的局面，降低我國高價成品油的進(jìn)口量。同時，以青島為中心的膠東半島有望成為國內(nèi)最大的石化基地。

　　作為中石化調(diào)整國內(nèi)煉化產(chǎn)業(yè)布局、打造環(huán)渤海灣煉化產(chǎn)業(yè)集群的重大戰(zhàn)略項(xiàng)目，青島大煉油主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，整體技術(shù)裝備和技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。青島煉化廠區(qū)總占地面積達(dá)到222.1公頃，但整個廠區(qū)僅需500人管理，這得力于其全廠采用了全集成的自動化控制系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，更在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面做到了全方位創(chuàng)新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠自動化控制系統(tǒng)的價值典范。

綠色煉油
　　石油加工過程中會產(chǎn)生各種污染環(huán)境的物質(zhì)——廢水、廢氣、廢渣，這些污染物不僅污染了環(huán)境，還造成了物料和能量的大量流失與浪費(fèi)。長久以來，使得煉油項(xiàng)目在人們印象中成為了重污染、高能耗的代名詞。作為我國首個單系列千萬噸級煉油項(xiàng)目青島大煉油，也曾受到人們的諸多質(zhì)疑。它是否能像預(yù)期的那樣：實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳？是否能實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)？是否能實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式？是否還能保持西海岸紅瓦綠樹、碧海藍(lán)天的居住環(huán)境？

　　面對質(zhì)疑，青島大煉油迎難而上，率先引入綠色煉油、清潔生產(chǎn)的理念，從原料處理、加工到產(chǎn)品精制，均采用先進(jìn)工藝技術(shù)；工藝裝置和系統(tǒng)工程，均采用集成化的節(jié)能技術(shù)；生產(chǎn)經(jīng)營管理采用全廠DCS控制系統(tǒng)，使得整個項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保領(lǐng)先、規(guī)模經(jīng)濟(jì)的鮮明特征凸顯。

　　綠色煉油、清潔生產(chǎn)的核心內(nèi)容是通過全廠自動化、信息化的大力建設(shè)，促進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營管理過程的智能化和現(xiàn)代化，從而使得青島大煉油項(xiàng)目有效降低了成本消耗、、增加了利潤收益、優(yōu)化了資源配置、控制了環(huán)境污染。

　　綠色煉油、清潔生產(chǎn)是青島大煉油實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、提高市場競爭力、實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏”的有效途徑。

不二選擇
　　青島大煉油全廠采用“常減壓＋延遲焦化＋加氫處理＋催化裂化”的加工方案，由16套工藝裝置以及油品儲運(yùn)設(shè)施、公用工程系統(tǒng)及輔助生產(chǎn)設(shè)施組成，主要工藝裝置包括：1000萬噸/ 年常減壓、250萬噸/年延遲焦化、150萬噸/年連續(xù)重整、410萬噸/年柴油加氫、200萬噸/年重油催化裂化、260萬噸/年重油加氫脫硫、260萬噸/年加氫裂化、20萬噸/年聚丙烯等等，其中，9套裝置創(chuàng)國內(nèi)之最，是目前我國單系列最大的煉油裝置。

　　青島大煉油的規(guī)模大、技術(shù)新、人員少，無疑對過程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護(hù)性、人機(jī)界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個方面都提出了非常高的要求，尤其是以下三點(diǎn)，更是決定了項(xiàng)目的成敗：

　　1) 控制精度。煉油過程結(jié)合了精煉和化學(xué)處理過程，原油被按分子重量分成幾個部分，這幾個部分再被熱能和催化劑作用裂解成其他更加有用的產(chǎn)品，整個煉油過程的關(guān)鍵就在于是否能實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)參數(shù)的嚴(yán)密高精度控制。同時，煉油廠能否盈利就要看每桶原油提煉出的高質(zhì)量產(chǎn)品的數(shù)量，而獲取每桶原油最大產(chǎn)出的有效措施也是高精度的控制系統(tǒng)。

　　2) 可靠性。大煉油的石油提煉加工過程與一枚炸彈的唯一分別就是控制系統(tǒng)。石油提煉的很多工序都必須被嚴(yán)格的加以控制，以防止火災(zāi)和爆炸的危險，高度可靠的控制系統(tǒng)是煉油廠正常運(yùn)行的基本保證之一。

　　3) 控制性能。大煉油的全廠過程控制系統(tǒng)中有幾萬個I/O點(diǎn)，要求系統(tǒng)必須能夠在同一時間對成千上百個P I D回路進(jìn)行全部處理。高性能是大煉油DCS控制系統(tǒng)的基本要求之一。

　　經(jīng)過多方篩選和抉擇，全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個生產(chǎn)過程的SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)，以其卓越的性能、高度的可靠性，成為了青島大煉油全廠DCS系統(tǒng)的不二選擇。談到為什么選擇PCS 7，青島大煉油機(jī)動工程部主管陳主任指出：“運(yùn)營、管理的獨(dú)到之處，控制器的強(qiáng)大、可靠，以及西門子可信賴的專業(yè)性”都是PCS 7的取勝法寶。

實(shí)施方案
　　全廠布局緊湊集中，生產(chǎn)裝置采用聯(lián)合布置，設(shè)一個中心控制室，生產(chǎn)裝置、公用工程及儲運(yùn)系統(tǒng)、全廠火災(zāi)、可燃?xì)怏w、有毒氣體的監(jiān)控和報警控制系統(tǒng)（F&GS）等均采用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行集中操作、控制和管理，各裝置及關(guān)鍵設(shè)備均設(shè)置了安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)（緊急停車系統(tǒng)），充分體現(xiàn)了“集約、高效、安全、穩(wěn)定”的生產(chǎn)要求。

　　全廠DCS控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、中央歸檔服務(wù)器（CAS）、I/O卡、各類機(jī)柜和OPC服務(wù)器等設(shè)備組成，全廠I/O總點(diǎn)數(shù)近30000點(diǎn)。整個DCS系統(tǒng)共配置盤柜300面，操作員站61個、現(xiàn)場機(jī)柜室（FCR/FAR) 17個、中央控制室（CCR）1個。

　　在中央控制室中有108個生產(chǎn)操作臺，共排成三排，所有重要的生產(chǎn)操作流程被全程監(jiān)控，現(xiàn)場圖像也可根據(jù)需要實(shí)時顯示到監(jiān)控屏幕中。整個大煉油工程全部實(shí)現(xiàn)自動化管理，核心管理人員僅需要500名職工。談及全廠DCS控制系統(tǒng)中控室的徐工不無驕傲的說。按計劃，整套生產(chǎn)設(shè)備四年才需要檢修一次?！　?/p>

    整個DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為3層：控制器層，在該層實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的控制和監(jiān)測邏輯；服務(wù)器層，該層起到數(shù)據(jù)通道的作用；操作員站層，該層提供HMI便于操作員控制/監(jiān)測工藝流程。

　　系統(tǒng)的工程師站同時掛在兩個網(wǎng)絡(luò)上，即連接操作員/服務(wù)器的以太網(wǎng)和連接控制器的CPU的工業(yè)以太網(wǎng)。工程師站用于完成控制畫面和控制策略的組態(tài)。

　　在控制器層和服務(wù)器層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱為系統(tǒng)總線，它連接起所有的控制器和服務(wù)器，承擔(dān)數(shù)據(jù)交換的作用。在服務(wù)器層和操作員站層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱為終端總線，它連接起所有的服務(wù)器和操作員站，承擔(dān)數(shù)據(jù)交換的作用。

　　系統(tǒng)選用高性能模塊化的SCALANCE X-400交換機(jī)（圖3）構(gòu)成1Gbit/s的高速光纖冗余環(huán)網(wǎng)。當(dāng)傳輸鏈路或環(huán)網(wǎng)中的SCALANCE X-400 交換機(jī)發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間嚴(yán)格小于300ms，從而，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　系統(tǒng)總線通過冗余的光纜以星狀結(jié)構(gòu)拓展至各個現(xiàn)場機(jī)柜室（FCR/FAR）?，F(xiàn)場控制器全部采用AS400（圖4）的高性能卡件，使組態(tài)，集成更為方便。

　　系統(tǒng)的現(xiàn)場級控制采用的是PROFIBUS現(xiàn)場總線，不僅簡單實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的冗余；同時，使得現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)成為真正全分散、全數(shù)字化的控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)I/O站選用的是高密度配置的ET200M模塊，ET200M通過兩個IM153-2總線接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線上。每個ET200M單元均由2個IM153-2總線接口模塊和其他若干數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊組成。數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊的數(shù)量和配置由現(xiàn)場站的所需控制和采集的點(diǎn)數(shù)所決定。

技術(shù)優(yōu)勢

　　SIMATIC PCS 7是具有卓越系統(tǒng)特性和獨(dú)特可升級結(jié)構(gòu)的通用過程控制系統(tǒng)，它將靈活的模塊化冗余技術(shù)以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊和組態(tài)等強(qiáng)大的性能組合在一起，是以經(jīng)濟(jì)、高效的方式組建和運(yùn)行控制技術(shù)工廠的理想基礎(chǔ)。而SIMATIC PCS 7在青島大煉油全廠DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，使其優(yōu)勢更加充分的顯現(xiàn)出來：

　　1) 系統(tǒng)設(shè)計充分體現(xiàn)了全集成化的思想，具有統(tǒng)一的通訊、統(tǒng)一的組態(tài)工具、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，消除了DCS和PLC系統(tǒng)間的界限，真正實(shí)現(xiàn)了儀控和電控的一體化。

　　2) 系統(tǒng)的所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺；所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統(tǒng)一的軟件平臺，充分保證了系統(tǒng)的一致性、可靠性、并增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

　　3) 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用。系統(tǒng)現(xiàn)場級控制采用的是PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)的成功引入，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；加強(qiáng)了現(xiàn)場設(shè)備的自治能力，全面提高了系統(tǒng)性能；增強(qiáng)了信號傳輸?shù)目煽啃院途?；突破了傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)的限制，實(shí)現(xiàn)了真正全分散、全數(shù)字化的控制網(wǎng)絡(luò)。

　　4) 大量冗余技術(shù)的采用，有效保障了系統(tǒng)的高可靠性和高連續(xù)可用性：

　　　A） 控制器冗余。可以實(shí)現(xiàn)雙控制器冗余切換的功能，當(dāng)主控的CPU出現(xiàn)故障時，另一個CPU自動地接替主控CPU的工作，切換時間為毫秒級。

　　　B） 光纖冗余環(huán)網(wǎng)。全廠控制網(wǎng)采用全光纖冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，核心層為1GB光纖接口。不僅確保網(wǎng)絡(luò)在任意一點(diǎn)的斷開都不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作，而且，還大大增強(qiáng)了系統(tǒng)通訊的抗干擾能力。

　　　C） 通信冗余。ET200M分布式I/O卡件和控制器之間使用冗余的PRFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，任何一個控制器的停機(jī)或I/O接口卡件的損壞都不會影響系統(tǒng)對I/O的訪問。兩對冗余控制器之間的通訊也采用了冗余的通訊方式,任何1個控制器或通訊卡件的停機(jī)都不會影響通訊的正常運(yùn)行。

　　　D） 電源冗余。10A 直流電源冗余配置，用于CPU和模板供電。

　　5) 所有模塊均有完善的自診斷功能、傳感器斷線監(jiān)測功能、在線插拔功能，保證了系統(tǒng)安全、長時間運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。

　　6) 模擬量輸入模塊是西門子DCS系統(tǒng)的一個突出優(yōu)點(diǎn)，一個模擬量模塊幾乎可以覆蓋所有測量范圍，包括：電壓輸入、電流輸入、電阻輸入、熱電偶輸入，所以西門子的模擬量模塊又叫萬能卡。

　　7) 系統(tǒng)的操作員站（OS）是“過程的窗口”。操作、維護(hù)以及監(jiān)控人員都可以對操作員站的過程活動進(jìn)行跟蹤，修改批量順序，編輯實(shí)際的過程數(shù)值，或同過程進(jìn)行通信。

　　8) 系統(tǒng)采用符合IEC-1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，大大簡化了組態(tài)工作，縮短工程周期。

　　9) 系統(tǒng)擁有ODBC、OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的開放性。

驕人成果
　　在西門子PCS 7過程控制系統(tǒng)的全程保駕護(hù)航下，青島大煉油順利實(shí)現(xiàn)了“當(dāng)年投產(chǎn)、當(dāng)年達(dá)標(biāo)預(yù)期目標(biāo)，生產(chǎn)的汽柴油全部達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，噸油費(fèi)用、單位能耗、利潤總額等均進(jìn)入國內(nèi)煉油企業(yè)前列；不僅有效調(diào)整了國內(nèi)煉油產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高了煉化企業(yè)國際競爭力；同時，給上下游企業(yè)帶來巨大商機(jī)，對西海岸石化產(chǎn)業(yè)鏈形成有力拉動。

　　也正是在PCS 7過程控制系統(tǒng)的全面監(jiān)控下，青島大煉油成功實(shí)現(xiàn)了全流程封閉的生產(chǎn)和循環(huán)回收利用，使得各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，污水重復(fù)利用率可達(dá)到96％以上,硫的回收率可達(dá)到98.5%以上。尾氣中二氧化硫的年排放量比一個百萬千瓦級的燃煤電廠還要低得多。西海岸上，澄澈的藍(lán)天，碧藍(lán)的海水，翻飛的鷗鳥就是最好的見證。

　　環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益“雙贏”局面的獲得，不僅使青島大煉油成為了石化領(lǐng)域跨世紀(jì)的一個樣本工程，而且，其全廠DCS控制系統(tǒng)也成為了過程控制領(lǐng)域跨世紀(jì)的一個樣本工程。同時，該項(xiàng)目的成功實(shí)施，也進(jìn)一步強(qiáng)化了西門子作為優(yōu)秀系統(tǒng)供應(yīng)商和可信任的工程承包商的市場形象。

為了明天
　　青島大煉油全廠DCS控制系統(tǒng)的成功實(shí)施就像;吃螃蟹的第一人，不僅為DCS系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的生機(jī)，更為我國煉油行業(yè)的發(fā)展踏出了一條光明的道路。

　　過程控制系統(tǒng)是流程工業(yè)的神經(jīng)，也是工業(yè)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。長期以來，我國石化等流程工業(yè)的過程控制系統(tǒng)被數(shù)家傳統(tǒng)DCS公司所壟斷。正是由于此次西門子PCS 7在青島大煉油項(xiàng)目中的成功實(shí)施，使得我國石化行業(yè)過程控制系統(tǒng)長期壟斷的堅冰被一舉打破。原有壟斷局面的打破，不僅為我國石化行業(yè)引入了全新的控制產(chǎn)品，更引入了全新的控制理念。有了更多的產(chǎn)品選擇，有了更多的設(shè)計思路，明天的石化控制系統(tǒng)肯定有不一樣的發(fā)展。

　　由于石化行業(yè)本身的特性，傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)都是基于儀表控制系統(tǒng)的思路建立和發(fā)展起來的，而此次西門子PCS 7在青島大煉油項(xiàng)目的成功應(yīng)用，不僅充分展示了其不遜于任何頂級傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的優(yōu)秀品質(zhì)，更展現(xiàn)了其特有的優(yōu)勢。使人們完全摒除了原有對于DCS系統(tǒng)認(rèn)識的一些陳舊觀念，這不僅為PCS 7帶來了更廣闊的發(fā)展空間，也為更多過程控制領(lǐng)域帶來了一種可靠、可信賴的新選擇。

　　青島大煉油在西門子全集成自動化過程控制系統(tǒng)的幫助下實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的雙豐收，有利的證明了雖然污染不可能完全避免，但是，大型化、集中化的項(xiàng)目更有利于污染的監(jiān)控和治理，更有利于減低能源和資源的消耗，更有利于減低整體成本，更有利于帶動區(qū)域產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。青島大煉油的成功穩(wěn)定運(yùn)行，為我國煉油產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整打了一劑強(qiáng)心針，加快了我國煉油行業(yè)大型化、集約化的發(fā)展步伐。到2010年，如獨(dú)山子、惠州、大連石化、蘭州石化、撫順石化等大煉油項(xiàng)目在內(nèi)，我國新建、改擴(kuò)建大煉油項(xiàng)目將達(dá)到21個。

　　大系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)其實(shí)是時間，青島大煉油一年多的成功穩(wěn)定運(yùn)行，不僅有賴于采用了高性能、高精度、高可靠性的PCS 7，同時，也有賴于西門子豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，以及完善、強(qiáng)大的技術(shù)支持。高質(zhì)量的產(chǎn)品、專業(yè)的現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)人員，以及全球化的專家團(tuán)隊，不僅有力保證了所有設(shè)備長期安全、可靠的運(yùn)行；也為企業(yè)節(jié)省了大量的人力、物力成本，是西門子作為系統(tǒng)供應(yīng)商和可信任的工程承包商優(yōu)秀品質(zhì)的充分展現(xiàn)。信任西門子！話雖簡單，蘊(yùn)意無窮。面對明天的考驗(yàn)，可信賴的應(yīng)不僅僅是產(chǎn)品本身，還應(yīng)包括對企業(yè)的信賴。

　　廠區(qū)最遠(yuǎn)端的火炬可以俯瞰整個廠區(qū)，可以看到浩瀚的大海，每次巡檢的時候徐工都會爬到最頂端，看看碧海藍(lán)天，看看海鷗飛過，他說這些是他們的成績，這些是他們的責(zé)任！為了明天的碧海藍(lán)天，為了明天的紅瓦綠樹，他和他們都會以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度去對待今天的每時每刻