劉齊忠，孫磊

(1. 福建聯(lián)合石油化工有限公司 一體化項目部，福建 泉州 362800；2. 中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

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淺談大型石化項目儀表專業(yè)項目規(guī)劃

劉齊忠1，孫磊2

(1. 福建聯(lián)合石油化工有限公司 一體化項目部，福建 泉州 362800；2. 中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

摘要：針對石化項目向著大型化、復(fù)雜化和一體化方向發(fā)展的趨勢，儀表專業(yè)的項目規(guī)劃也成為必然。從儀表專業(yè)技術(shù)發(fā)展的角度出發(fā)，分析了儀表專業(yè)項目規(guī)劃的發(fā)展歷程、必要性，并以某大型石化一體化項目的成功經(jīng)驗為基礎(chǔ)描述了儀表專業(yè)的總體目標(biāo)、儀表自動控制水平，并詳細(xì)闡述了過程控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、儀表控制設(shè)備的現(xiàn)場布置原則、控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表功能配置或選型原則、項目實施基本策略，并提出了注意事項。

關(guān)鍵詞：儀表專業(yè)項目規(guī)劃工業(yè)4.0控制系統(tǒng)實施策略

1概述

綜合性的大型石油化工項目規(guī)劃的目的是： 在剖析企業(yè)外部環(huán)境、了解內(nèi)部優(yōu)劣勢及未來將面對的挑戰(zhàn)的前提下，提出企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)及方向；具體的內(nèi)容應(yīng)以企業(yè)的發(fā)展需求和國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展趨勢為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品方案、產(chǎn)能、原料來源及種類、技術(shù)方案及總體流程、風(fēng)險分析、投資效益和項目工期等方面制訂原則性的計劃和方案。從前述可知，在項目提出到實施完成的整個周期中，從專業(yè)角度分析，項目規(guī)劃可以大致分為兩個階段：

1) 項目總體規(guī)劃。在企業(yè)內(nèi)部需求評估和市場調(diào)研的基礎(chǔ)上制訂出原則性的計劃和方案的提出及論證。

2) 項目立項后。各專業(yè)還需有符合項目總體需求的分項計劃、方案及實施策略以確保項目總體規(guī)劃的實現(xiàn)。

本文討論的為第二個階段： 大型石化項目總體規(guī)劃要求下的儀表專業(yè)項目規(guī)劃。作為項目總體實施流程中收尾的儀表專業(yè)(項目所涵蓋的各專業(yè)： 土建、工藝、設(shè)備、電氣和儀表等)，其項目規(guī)劃應(yīng)服從于項目的總體規(guī)劃，定位所需儀表自動化控制水平(過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其與上層企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)接口、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及選型、實時數(shù)據(jù)庫選型(含防火墻)、現(xiàn)場儀表選型等)并制訂相應(yīng)的項目采購及實施策略。從另一個角度來看，儀表專業(yè)的項目規(guī)劃也可以理解為項目實施過程中設(shè)計、采購和施工的指導(dǎo)原則、方向和目標(biāo)。

2石化項目儀表專業(yè)項目規(guī)劃的簡介

儀表專業(yè)項目規(guī)劃是在2000年初因幾個大型合資項目的引入才逐漸受到重視的。儀表專業(yè)項目規(guī)劃的發(fā)展主要受三個方面的影響： 儀表專業(yè)現(xiàn)場檢測及控制儀表和控制系統(tǒng)的水平；石化工藝技術(shù)水平、裝置規(guī)模大小及生產(chǎn)管理水平；項目規(guī)模及其管理模式。相應(yīng)的儀表專業(yè)項目規(guī)劃也可大致分為三個階段。

2.1被動階段——幾乎沒有項目規(guī)劃

就國內(nèi)情況而言，在20世紀(jì)70～80年代，現(xiàn)場儀表設(shè)備以氣動儀表為主體，信號以風(fēng)信號為主： 儀表風(fēng)直接引入控制室儀表屏的氣動顯示儀表，操作員直接調(diào)節(jié)氣壓信號對控制閥門實施控制。同時期的煉油化工裝置也相應(yīng)比較小，工藝相對簡單，各裝置均設(shè)置自己獨立的現(xiàn)場控制室。在生產(chǎn)管理上，生產(chǎn)和企業(yè)管理在信息傳輸上處于全人工傳遞的隔離狀態(tài)。項目規(guī)模相對較小，管理模式則采用的是大會戰(zhàn)的模式。所以，在這一時期的儀表專業(yè)幾乎沒有什么主動的項目規(guī)劃，只能被動的有什么用什么。

2.2半被動和半主動階段

1) 半被動階段。20世紀(jì)80～90年代以電動儀表為主(少量引入簡單的PLC和第一代DCS，但石化行業(yè)直至80年代末才開始投用)，以4～20mA電流信號為主，控制室仍為單塊儀表分散安裝的儀表屏，但已有了相對較為復(fù)雜的串級控制。生產(chǎn)管理仍處于隔離狀態(tài)，裝置規(guī)模較小，但已有質(zhì)量和化驗等小規(guī)模的管理網(wǎng)絡(luò)。此階段的儀表設(shè)計選型可以在小范圍內(nèi)選用氣動、電動儀表或單元式簡單控制器，但可提供的選擇較小，還處于一種相對的被動狀態(tài)。

2) 半主動狀態(tài)。20世紀(jì)80年代末和90年代初，隨著計算機(jī)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)使各控制廠商更多地采用商業(yè)計算機(jī)的技術(shù)， 封閉式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第二代DCS和HART智能儀表及部分總線型儀表逐步投入使用。同樣，此階段國內(nèi)石油煉化裝置的工藝技術(shù)相對還不是太復(fù)雜，規(guī)模也較小。在生產(chǎn)管理上，生產(chǎn)和企業(yè)管理在信息傳輸上由早期的全人工傳遞逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榈讓舆^程控制系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)庫與企業(yè)信息管理網(wǎng)相連，但各生產(chǎn)單元或控制系統(tǒng)之間還處于隔離狀態(tài)。此階段，項目儀表專業(yè)就可以有目的地使用DCS和小型PLC等控制系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表也可以選用普通傳感器和初級智能HART儀表，但由于可供選擇的產(chǎn)品還相對有限，主動性受到了一定的限制。

2.3完整的規(guī)劃階段

20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初，各DCS廠商以信息技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展為依托，先后推出了集成高速工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線和先進(jìn)控制器的第三代開放型DCS。其典型代表是日本橫河的CEN TUM3000，HONEYWELL的C300 PKS，EMERSON的Delta V系統(tǒng)等，國內(nèi)浙大中控的DCS也得到了長足的進(jìn)步；同時，現(xiàn)場儀表設(shè)備也逐步向著智能化方向發(fā)展。另外，隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)管理和企業(yè)運營管理軟件也大量投入市場。

此階段儀表控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表的主要特點：

1) 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)開放。由于采用IEEE802.3(EHTERNET)以太網(wǎng)協(xié)議使其具備了不同系統(tǒng)之間、控制系統(tǒng)與上層管理網(wǎng)之間實現(xiàn)無縫鏈接的功能，并能使用通用網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備(需根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同而進(jìn)行適應(yīng)性選擇)。

2) 現(xiàn)場儀表智能化。由于HART儀表和FF等總線儀表的大規(guī)模使用，可以獲取除常規(guī)4～20mA信號以外的大量儀表設(shè)備狀態(tài)信息和部分診斷功能。

同時，此時的石油化工加工裝置也快速地向大型化和深加工方向發(fā)展、石化加工技術(shù)越來越復(fù)雜，對企業(yè)管理的信息集成、裝置的調(diào)節(jié)和控制水平要求也越來越高。同時，由于市場競爭的日趨激烈，原先的分散式且相互隔離的企業(yè)運營管理模式已不能滿足要求，從而在項目規(guī)劃階段即提出了“管控一體化”要求。作為“管控一體化”基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的過程控制系統(tǒng)在項目規(guī)劃期間則可根據(jù)項目總體規(guī)劃要求，一方面可以選用不同大小或功能的控制系統(tǒng)(DCS/SIS/FGS/ITCC/MMS，還有多種小型的PLC等)組網(wǎng)集成；另一方面根據(jù)現(xiàn)場實際情況有目的地選用常規(guī)4～20mA儀表、智能儀表或總線儀表等。該階段儀表專業(yè)的項目規(guī)劃中可供選擇的控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表種類較多，規(guī)劃人員有了更多的主動性。反之，正是有了如此多的選擇，為保證項目實施質(zhì)量和自動化水平，也使項目規(guī)劃成為必須，這也在同時期至今的大型石化項目中得到了廣泛的證明。

3儀表專業(yè)項目規(guī)劃的必要性

從歷來大型石化項目實施的成功經(jīng)驗及不足來看，儀表專業(yè)項目規(guī)劃不僅是項目成敗的關(guān)鍵因素之一，也對項目投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)、儀表專業(yè)的技術(shù)管理和維護(hù)等產(chǎn)生重要的影響。下面將從項目特點、項目管理、儀表自動化技術(shù)和信息管理技術(shù)發(fā)展等幾個方面描述儀表專業(yè)項目規(guī)劃的必要性。

3.1項目特點

從20世紀(jì)90年代末以來，國內(nèi)外石化項目的主要特點： 規(guī)模上越來越大型化；技術(shù)上越來越復(fù)雜化；工藝流程上則向著煉化一體化和深加工方向發(fā)展。基于以上特點，從單個裝置來說，需檢測、監(jiān)視和控制的參數(shù)越來越多，且控制精度和復(fù)雜性也越來越高；就整個項目而言，不再是單個煉化裝置或幾個裝置而是包含十幾套乃至幾十套裝置及相關(guān)公用工程系統(tǒng)的完整的煉化一體化項目，這對儀表專業(yè)控制系統(tǒng)及儀表設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性、對過程控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化信息集成也提出了更高的要求。所以，在項目規(guī)劃期間，必須從項目的特點出發(fā)，根據(jù)所涉及裝置和項目在監(jiān)視、控制和管理方面的需求，有必要對現(xiàn)場檢測儀表、控制系統(tǒng)及其與上層生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)信息集成進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，從而為項目的實施提供綱領(lǐng)性文件及行為準(zhǔn)則。

3.2先進(jìn)項目管理模式的需求

如上所述，隨著項目規(guī)模的日益大型化和技術(shù)的復(fù)雜化，對項目管理提出了更高的要求，采用原來國內(nèi)常用的項目管理模式(大會戰(zhàn)和總體院的模式)已不能滿足項目管理要求，所以借鑒國外先進(jìn)的項目管理模式： 總承包式項目管理，即交鑰匙工程EPC(E： 設(shè)計Engineering， P： 采購Procurement， C： 施工Construction)、項目管理承包商PMC(project management contractor)+EPC模式或E+P+C模式。而在一個大型石化項目中，一般都會有多個EPC或E+P+C子項目，不只是由不同的人員設(shè)計且可能是分屬于不同的設(shè)計院。如果在項目前端設(shè)計階段沒有制訂合理的儀表專業(yè)項目規(guī)劃和細(xì)致的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求，那么在詳細(xì)設(shè)計中，不同的設(shè)計商或設(shè)計人員則由于設(shè)計理念和習(xí)慣的不同而各自為政，從而造成整個項目的混亂： 在設(shè)計選型中，對控制系統(tǒng)、現(xiàn)場儀表選用的標(biāo)準(zhǔn)和水平不同、功能控制系統(tǒng)的劃分和信息集成及整個過程控制層數(shù)據(jù)集成的困難、現(xiàn)場儀表檔次不同等，最終的結(jié)果是五花八門的產(chǎn)品均被納入。這不僅會造成項目采購管理和技術(shù)管理的混亂，給裝置的成功開車及后續(xù)生產(chǎn)和維護(hù)帶來隱患，還將嚴(yán)重影響到后續(xù)儀表維護(hù)人力資源分配、備品備件成本的增加及后續(xù)生產(chǎn)和維護(hù)管理的水平，甚至影響安全生產(chǎn)。

從這個意義上來說，項目規(guī)劃是項目設(shè)計、采購和實施標(biāo)準(zhǔn)化和一致性的保證，也是項目成功的有力保障之一。

3.3儀表自動化技術(shù)發(fā)展的需求

儀表專業(yè)發(fā)展到21世紀(jì)，無論是過程控制系統(tǒng)和現(xiàn)場測量及控制設(shè)備均取得了長足的進(jìn)步，各種產(chǎn)品種類繁多。

1) 過程控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)規(guī)模上區(qū)分，則有DCS和PLC系統(tǒng)等；從功能上區(qū)分，則主要有DCS、安全儀表系統(tǒng)(SIS)、智能機(jī)組控制系統(tǒng)(ITCC)、火災(zāi)及有毒有害氣體檢測系統(tǒng)(FGS)及各類邏輯控制單元。其中DCS又可分為多種： 封閉式網(wǎng)絡(luò)、開放式網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，而開放式網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品又分為常規(guī)DCS(常規(guī)4～24mA信號和HART信號)、總線系統(tǒng)(常用的有FF和Profibus)和無線控制系統(tǒng)。

2) 現(xiàn)場儀表設(shè)備。從信號類型可分為常規(guī)4～24mA儀表、HART及各類總線儀表和就地控制單元等；從檢測手段則除常用的檢測手段外，還新增了超聲波、激光和射線等；從控制驅(qū)動方式來分，則主要有電動和氣動兩種。

面對如此多的選擇，在項目前期如果沒有一個合理的項目規(guī)劃，在項目實施中勢必將會造成混亂： 無法選擇性價比最好、最符合項目實際要求的系統(tǒng)和儀表設(shè)備，嚴(yán)重影響到后續(xù)的生產(chǎn)安全及維護(hù)管理成本。

3.4項目實施、后續(xù)生產(chǎn)和維護(hù)管理的需求

項目成功的關(guān)鍵在于成功的項目實施，而開車是否一次成功、后續(xù)生產(chǎn)和維護(hù)的難易程度則是對項目是否成功最好的檢驗和評判。

一般來說，對于大型石化項目特別是新建項目儀表專業(yè)的項目管理和技術(shù)管理人員相對緊缺，業(yè)主不可能立即組建出一支龐大的既具有豐富項目管理經(jīng)驗、又具備系統(tǒng)理念和較高技術(shù)管理(含設(shè)計管理)素質(zhì)的項目管理隊伍，經(jīng)常是只能由少數(shù)幾個經(jīng)驗和水平相對較高的專業(yè)人員牽頭進(jìn)行實施。如果不在前期集中利用這些少量的資源制訂合理的項目規(guī)劃，為項目EPC階段提供詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)和行為準(zhǔn)則，要想在此階段實現(xiàn)高度的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性幾乎是不可能的。

同樣，也只有在項目實施過程中高度的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性，才能更好地保證項目開車一次成功，便于后續(xù)生產(chǎn)管理、降低安全隱患，并降低維護(hù)量和維護(hù)成本。

4儀表專業(yè)項目規(guī)劃

儀表專業(yè)的項目規(guī)劃是以整個項目的總體規(guī)劃為依據(jù)，在綜合調(diào)研、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對所有儀表專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容提出總體要求： 上至與工廠管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口，下至各種現(xiàn)場儀表設(shè)備的選型。當(dāng)然，針對不同項目其規(guī)劃的內(nèi)容也各不相同：

1) 新建項目。其項目規(guī)劃則是站在一個新建企業(yè)的高度，提出一整套完整的且符合當(dāng)前儀表專業(yè)發(fā)展趨勢的項目實施構(gòu)想和策略。

2) 改造項目。首先應(yīng)以企業(yè)原有的相關(guān)技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，盡可能解決改造裝置中目前存在的問題并在新建裝置的建設(shè)中吸取相關(guān)經(jīng)驗教訓(xùn)；其次，再根據(jù)近期儀表專業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用狀況及裝置的實際運行情況，合理地使用新技術(shù)，為公司的后續(xù)發(fā)展提供技術(shù)儲備和拓展空間。

4.1確定儀表專業(yè)的總體目標(biāo)

以某煉化一體化大型石化項目為例，其總體規(guī)劃為建設(shè)一個亞洲領(lǐng)先和世界先進(jìn)的大型煉化企業(yè)，因而其儀表專業(yè)的項目規(guī)劃將需設(shè)置先進(jìn)、可靠、完備的儀表和控制設(shè)施，確保生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)、長周期、高質(zhì)量的運行，實現(xiàn)企業(yè)的最大利潤?？傮w目標(biāo)如下：

1) 符合項目總規(guī)劃要求選用相應(yīng)水平的現(xiàn)場檢測儀表、控制系統(tǒng)和合適的先進(jìn)控制及優(yōu)化控制軟件，使其達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的儀表自動化水平。

2) 選用高性能和高可靠性的儀表設(shè)備及相應(yīng)的各類控制系統(tǒng)，避免因儀表及控制系統(tǒng)故障引起裝置非計劃停工。

3) 選用優(yōu)秀的操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，達(dá)到一流的人員素質(zhì)和配備。同時，也為后續(xù)的先進(jìn)控制提供便利。

4) 所選儀表與控制系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)具有優(yōu)良的信譽和集成化能力，具有良好的操作培訓(xùn)支持和維護(hù)支持資源，以實現(xiàn)最少的維護(hù)人員配置和最少的備品備件儲備、降低維護(hù)和運行成本。

5) 提供世界級先進(jìn)的工廠信息管理和控制一體化的數(shù)據(jù)平臺，做到信息準(zhǔn)確、資源共享，為生產(chǎn)和營銷決策提供實時、可靠的依據(jù)。

4.2儀表自動控制水平

在確定項目儀表專業(yè)的總體目標(biāo)后，接下來的工作就是對整個項目儀表專業(yè)總體技術(shù)水平進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃，以保證在項目實施后的儀表自動化水平，應(yīng)實現(xiàn)控制、管理、經(jīng)營一體化，全廠生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助設(shè)施的自動控制水平應(yīng)具有世界先進(jìn)水平。

要想獲得一整套切實可行的項目儀表專業(yè)總體技術(shù)水平的規(guī)劃，需提前做好技術(shù)調(diào)研和交流工作，充分了解國內(nèi)外類似項目成功的經(jīng)驗和教訓(xùn)及本專業(yè)的發(fā)展趨勢。目前，企業(yè)實現(xiàn)管控一體化的主要手段是采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 即生產(chǎn)操作控制層(PCS)、生產(chǎn)運行管理層(MES)和生產(chǎn)經(jīng)營管理層(ERP)。對于儀表專業(yè)而言在進(jìn)行項目技術(shù)規(guī)劃時則主要需在此基礎(chǔ)上對與過程控制層相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃： 過程控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；儀表控制設(shè)備的現(xiàn)場布置原則；控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表配置或選型原則；項目實施基本策略。

4.2.1過程控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過程控制層主要采用多系統(tǒng)集成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括DCS、安全儀表系統(tǒng)(SIS)、罐區(qū)自動控制系統(tǒng)(MAS)、壓縮機(jī)等大型機(jī)組控制系統(tǒng)(ITCC)、大型轉(zhuǎn)動機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)(MMS)、火災(zāi)及可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測報警系統(tǒng)(FGS)和先進(jìn)控制(APC)等部分。DCS/FCS系統(tǒng)是基礎(chǔ)，部分采用相互獨立的并可與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的PLC系統(tǒng)。生產(chǎn)操作控制層能實時監(jiān)控生產(chǎn)過程、油品儲運、公用工程、原料產(chǎn)成品進(jìn)出廠、產(chǎn)品質(zhì)量等全過程，并將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過實時數(shù)據(jù)庫接口傳送至MES和ERP，為企業(yè)的經(jīng)營管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。某大型煉化一體化項目控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出，DCS 網(wǎng)絡(luò)作為整個系統(tǒng)集成的主網(wǎng)，其對外集成接口主要存在以下三個部分：

1) 過程控制網(wǎng)。主要由控制器組成，在DCS中，傳統(tǒng)DCS與FCS實現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合；SIS， FGS， ITCC或其他PLC等控制器通過Modbus與DCS的控制器連接并將其采集的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息通信至DCS網(wǎng)絡(luò)的操作站上，供工藝操作員監(jiān)視裝置狀態(tài)；對于ITCC和其他PLC則還具有將操作員的生產(chǎn)調(diào)節(jié)指令傳送至現(xiàn)場實施過程控制的功能，從而將FF現(xiàn)場總線與HART智能儀表(主要用于SIS/FGS/ITCC和小型PLC等系統(tǒng))有機(jī)地結(jié)合起來，用于生產(chǎn)監(jiān)視和控制。

2) 工廠信息網(wǎng)(PIN)。與防火墻相連，以O(shè)PC接口與MES等工程信息管理網(wǎng)相連。將DCS采集(現(xiàn)場采集和數(shù)據(jù)通信所得)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息由實時數(shù)據(jù)庫傳送給MES，ERP等上層工廠管理網(wǎng)(PMN)使用。同時，提供網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的打印、遠(yuǎn)程通信、現(xiàn)場資源管理系統(tǒng)(AMS)、時鐘同步和病毒防火墻網(wǎng)絡(luò)等。

3) OPC網(wǎng)。主要連接第三方控制系統(tǒng)。實時數(shù)據(jù)庫、小型PLC、先進(jìn)控制、MMS及MAS等通過OPC接口將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳至DCS。由于OPC通信在應(yīng)用中的不穩(wěn)定性，現(xiàn)階段原則上在工業(yè)應(yīng)用中還很少直接實施控制功能，僅用于數(shù)據(jù)通信。

儀器的穩(wěn)定性是驗證儀器及方法能否用于生產(chǎn)實踐的關(guān)鍵因素，分別選取流程中原礦、尾礦、快浮尾礦樣品在不同時間測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=6)在0.18%～7.9%之間，見表6。

圖1　控制系統(tǒng)集成方案結(jié)構(gòu)示意

4.2.2儀表控制設(shè)備的現(xiàn)場布置原則

從21世紀(jì)初已成功投入運營的幾個大型石化項目的成功經(jīng)驗來看，控制系統(tǒng)應(yīng)采用中心控制室(CCR)和現(xiàn)場機(jī)柜室(FAR)相結(jié)合的配置方式(特殊情況下，也可在就地控制室進(jìn)行操作)。原則上生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)的操作站宜設(shè)置在中心控制室，DCS，CCS，PLC，SIS和FGS等系統(tǒng)的控制站宜設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室。所有現(xiàn)場儀表信號應(yīng)傳送到現(xiàn)場機(jī)柜室，再從現(xiàn)場機(jī)柜室傳送到中心控制室，從現(xiàn)場機(jī)柜室到中心控制室的信號應(yīng)采用雙冗余光纜連接，在中心控制室進(jìn)行控制、監(jiān)測、報警及報表等操作。在現(xiàn)場機(jī)柜室應(yīng)設(shè)置DCS，CCS，PLC，SIS和FGS等系統(tǒng)的操作站/工程師各1套，用于調(diào)試及維護(hù)等。

DCS的人機(jī)操作界面還應(yīng)同時監(jiān)視其他控制系統(tǒng)的信息，如SIS，F(xiàn)GS，ITCC，MMS，APC和過程分析儀系統(tǒng)(PAS)等。

中心控制室和現(xiàn)場機(jī)柜間的數(shù)量則需根據(jù)項目總圖及建成后的企業(yè)管理模式來決定。

1) 中心控制室。一般應(yīng)包括： 操作室、工程師室、過程計算機(jī)室、機(jī)柜室、UPS 室、空調(diào)機(jī)室、管理辦公室、會議室、培訓(xùn)室(包括培訓(xùn)仿真系統(tǒng))、交接班室、更衣室、衛(wèi)生間和休息室等。

在中心控制室的工程師室、操作室和機(jī)柜間中，分別放置相關(guān)控制系統(tǒng)工程師站、操作站及輔助操作站、部分控制器(或遠(yuǎn)程機(jī)架)、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和打印機(jī)等。

4.2.3控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表功能配置或選型原則

在過程控制層，根據(jù)使用功能的不同和控制對象規(guī)模的大小，又分別可配置不同作用和相應(yīng)規(guī)模的控制系統(tǒng)和相關(guān)現(xiàn)場儀表設(shè)備。

1) DCS。DCS的主要功能是實施過程監(jiān)視、常規(guī)調(diào)節(jié)控制及保護(hù)、數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)龋沁^程控制層的基礎(chǔ)和核心，其網(wǎng)絡(luò)配置和選型至關(guān)重要。一般來說，可根據(jù)相對獨立的工藝或公用工程單元配置獨立的DCS或控制器，并聯(lián)網(wǎng)。其選型則必須為既符合當(dāng)前儀表專業(yè)主流的技術(shù)發(fā)展趨勢，又經(jīng)過實際應(yīng)用檢驗的成熟的產(chǎn)品?，F(xiàn)使用成功且相對前沿的案例為常規(guī)DCS加FCS(FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))的混合模式。對FF現(xiàn)場總線使用限制，主要是從實用性和安全性方面考慮。

2) SIS。SIS主要用于相關(guān)對象的緊急停車和安全保護(hù)，使相關(guān)工藝裝置或單元在事故工況下能安全、平穩(wěn)的緊急停車。原則上，對于每個獨立的、具有SIL1以上邏輯控制回路的工藝單元均需配置獨立的控制器或遠(yuǎn)程機(jī)架，一方面與DCS控制器采用Modbus RTU協(xié)議(目前如此，現(xiàn)在已成熟的已有Modbus TCP/IP)進(jìn)行通信，實現(xiàn)在DCS操作站上的監(jiān)視功能；另一方面又相互聯(lián)成一個獨立的安全以太網(wǎng)，用于SIS的集中管理和維護(hù)。SIS必須選用具有SIL3或以上認(rèn)證的、成熟的安全控制系統(tǒng)。SIS相關(guān)的輔助操作站均設(shè)置在中心控制室中。

3) FGS。FGS應(yīng)以FAR或生產(chǎn)裝置為單位設(shè)置，在各系統(tǒng)設(shè)有2條通信路由，1條通過通信網(wǎng)絡(luò)連接到全廠的火災(zāi)及可燃、有毒氣體檢測監(jiān)視主系統(tǒng)，連接自動滅火系統(tǒng)，并連接到消防控制中心及消防站，同時用于全廠FGS的集中管理和維護(hù)；另1條通過Modbus串行通信或OPC通信連接到相關(guān)裝置的DCS，在中心控制室內(nèi)設(shè)置專用的DCS操作站用于FGS的顯示、報警。FGS應(yīng)采用具有SIL3或以上安全認(rèn)證及CCCF認(rèn)證的冗余容錯系統(tǒng)。

4) ITCC系統(tǒng)。ITCC的主要功能是完成其控制對象的常規(guī)監(jiān)視和控制并實施機(jī)組本身的保護(hù)： 調(diào)速、防喘振控制、負(fù)荷控制、過程控制、聯(lián)鎖保護(hù)等功能。其設(shè)置原則： 根據(jù)機(jī)組控制的復(fù)雜程度和數(shù)量的不同，按機(jī)組或單元設(shè)置ITCC。ITCC一方面與裝置的DCS控制器進(jìn)行通信，實現(xiàn)在DCS操作站上的操作及監(jiān)視功能；另一方面又與MMS通信以采集機(jī)組保護(hù)相關(guān)的機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)；最后還需相互聯(lián)成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，用于全廠ITCC系統(tǒng)的集中管理和維護(hù)。

5) MMS。MMS用于透平/壓縮機(jī)和高速泵等主要轉(zhuǎn)動設(shè)備參數(shù)的在線監(jiān)控，對轉(zhuǎn)動設(shè)備的性能進(jìn)行分析和診斷，支持轉(zhuǎn)動設(shè)備的故障預(yù)維護(hù)和資產(chǎn)管理。MMS主要包含3500機(jī)架和分析診斷軟件及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，其配置原則： 在每個SYSTEM1網(wǎng)絡(luò)容量允許的情況下，企業(yè)可以配置1～2個網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)3500的數(shù)量以便于維護(hù)和管理為原則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的配置。SYSTM1網(wǎng)絡(luò)即MMS網(wǎng)，在用于診斷和維護(hù)的同時也通過OPC接口與DCS網(wǎng)絡(luò)實施通信以獲取機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)用于機(jī)組狀態(tài)的診斷分析。

6) 先進(jìn)控制和實施優(yōu)化。在項目規(guī)劃期間可以對后續(xù)的先進(jìn)控制需求以裝置為基礎(chǔ)單位進(jìn)行整個項目的可行性規(guī)劃，在項目實施期間特別是專利技術(shù)招標(biāo)階段可選取應(yīng)用效果較好的先進(jìn)控制軟件，其他部分在進(jìn)行控制和實時優(yōu)化時則需在裝置平穩(wěn)運行1a以后再實施。

7) 現(xiàn)場儀表選型。儀表及自控設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)各裝置的生產(chǎn)規(guī)模、流程特點、操作要求和自動控制水平，選擇技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、價格合理的儀表和自控設(shè)備，供貨商應(yīng)具有良好的售后服務(wù)和技術(shù)支持能力。對于成套系統(tǒng)(例如壓縮機(jī)、擠壓機(jī)等)的儀表應(yīng)集成到CCS，PLC或DCS/SIS 中，現(xiàn)場控制盤的功能要盡量少，成套系統(tǒng)應(yīng)按全廠統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

其他如罐區(qū)自動化系統(tǒng)、操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)(OTS)、分析儀表網(wǎng)絡(luò)等可根據(jù)實際需要進(jìn)行配置，在此不再詳細(xì)描述。

4.2.4項目實施基本策略

為保證項目儀表專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性、實現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的整體集成、減少項目管理和技術(shù)管理界面、減少項目培訓(xùn)量及后續(xù)生產(chǎn)維護(hù)的工作量和降低維護(hù)成本，大型一體化煉化項目均采用框架性協(xié)議的實施策略。

5注意事項

1) 一定要在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，選用符合儀表專業(yè)發(fā)展趨勢且經(jīng)過實踐驗證的新技術(shù)，同時在保證安全、平穩(wěn)生產(chǎn)的前提下試用并驗證有前途的新產(chǎn)品，從而為企業(yè)提供技術(shù)儲備。

a) 控制系統(tǒng)。選用工業(yè)以太網(wǎng)平臺產(chǎn)品，控制系統(tǒng)趨向大型化、綜合化系統(tǒng)，并在特定的條件下選用無線技術(shù)，但必須制訂完善的安全策略。

b) 現(xiàn)場儀表。選用智能化和總線產(chǎn)品，如HART智能儀表、FF總線和Profibus總線產(chǎn)品及在線分析儀表等成熟的新技術(shù)產(chǎn)品。

c) 先進(jìn)控制和實時優(yōu)化。在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的先后推出并日益受到重視的今天，產(chǎn)品整個生命周期的智能化要求是未來的發(fā)展趨勢，先進(jìn)控制和實時優(yōu)化將會越來越受到重視。

2) 項目技術(shù)規(guī)劃制訂后，在項目的前端設(shè)計期間需制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定及相應(yīng)的項目實施策略，以保證在項目實施中能夠落到實處，特別是

招標(biāo)要求越來越嚴(yán)格，沒有符合要求的詳細(xì)技術(shù)要求，將無法保證儀表專業(yè)的實施水平。

3) 在詳細(xì)設(shè)計和現(xiàn)場施工階段，需全程監(jiān)控，跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

6結(jié)束語

儀表專業(yè)的項目規(guī)劃對大型石化項目成功實施極為重要，特別是隨著自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平的不斷提高，“工業(yè)4.0”席卷全球的今天，儀表自動化在生產(chǎn)過程中的作用越來越重要，在項目中所占比重也越來越大，一個符合實際需求和技術(shù)發(fā)展趨勢的好的項目規(guī)劃，更是項目成功的關(guān)鍵及相關(guān)裝置開車和后續(xù)生產(chǎn)、管理水平的保障。

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Brief Disscussion on Instrument Programming of Large Petrochemical Project

Liu Qizhong1， Sun Lei2

(1. Fujian Refining & Petrochemical Co. Ltd., IPMT, Quanzhou, 362800, China;2. Sinopec Engineering Incorporation, Beijing,100101, China)

Abstract:The project instrument programming is becoming inevitable with the developing trend of large-scale, complex and integration for petrochemical projects. Development course and necessity of project programming are analyzed from the perspective of instrument technology development. Overall objectives and instrument automatic control level are discussed on the base of successful experience of a large petrochemical project. The net structure of process control layer, on-site layout principle of instrument control equipment, function configuration or type selection of control system and on-site instrument, basic strategy of project implementation are expounded in detail with putting forward considerations.

Key words:instrument; project programming; industry 4.0; control system; implement strategy

作者簡介：劉齊忠： (1965—)，男，1987年畢業(yè)于湘潭大學(xué)工業(yè)自動化專業(yè)，從事煉油工藝操作8年、DCS維護(hù)開發(fā)7年、技術(shù)管理和項目管理13年，現(xiàn)任福建聯(lián)合石化有限公司項目部高級技術(shù)經(jīng)理，教授級高級工程師，已發(fā)表論文26篇。

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)02-0001-06

稿件收到日期： 2015-11-12。