內(nèi)容編輯目前國內(nèi)外以煤為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工廠中，采用了各種煤氣化工藝，如常壓固定床間歇?dú)饣Ⅳ斊嫠槊杭訅簹饣⒎勖毫骰矚饣⒎勖簹饬鞔矚饣⊿hell 爐、GSP、Texaco 爐等等，各種氣化方法均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對原料煤的品質(zhì)均有一定的要求，其工藝的先井性、技術(shù)成熟程度互有差異。
煤氣化技術(shù)經(jīng)過150 多年的發(fā)展，形成了上百種爐型，工業(yè)化的爐型十余種，有代表的工業(yè)化煤氣化爐型有：固定床UGI 爐、Lurgi 爐、BGL（熔渣固定床）爐；流化床（Winkler 爐、HTw 爐、U-Gas 爐、KRW 爐和CFB 氣化爐）；氣流床（K-T 爐、Texaco 爐、Shell 爐、Prenflo 爐、GSP 爐、航天爐）等。
煤氣化技術(shù)種類較多，發(fā)展較快，各種爐型在中國都有過實驗，中國可謂是世界煤氣化爐的“博物館”。
HT-L 航天爐粉煤氣化工藝是由航天長征化學(xué)工程股份有限公司開發(fā)的先井煤氣化工藝，是一種以干煤粉為原料，采用激冷流程生產(chǎn)粗合成氣的工藝。HT-L 粉煤氣化工藝采用了盤管式水冷壁氣化爐，頂燒式單燒嘴，粉煤干法進(jìn)料及濕法除渣，在較高溫度1450 ℃及壓力[4.0MPa(G)] 下，以純氧及少量水蒸氣為氣化劑在氣化爐中對煤進(jìn)行氣化。
本文對某采用航天粉煤氣化工藝的煤化工工程項目儀表自動化技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。
1 工程設(shè)計
1.1 工程概況
本項目擬利用某煤業(yè)集團(tuán)豐富的煤炭資源，采用航天粉煤氣化工藝煤制合成氨及后續(xù)化工產(chǎn)品。本項目的工藝裝置包括：氣化、空分、變換、硫回收（酸性氣制硫酸）、脫硫脫碳、合成氣壓縮、氨冰機(jī)、氨合成、液氮洗、罐區(qū)、尿素裝置、硝酸裝置及硝銨裝置等主裝置和循環(huán)水場、脫鹽水、污水處理及鍋爐房等輔助生產(chǎn)裝置。其中氣化裝置包括磨煤及干燥、煤加壓及進(jìn)煤、氣化及合成氣洗滌、渣及灰水處理等。根據(jù)“爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范”，上述裝置區(qū)除循環(huán)水場、脫鹽水、污水處理、鍋爐房、二氧化碳壓縮及空分裝置為非防爆區(qū)外，其余生產(chǎn)裝置均劃分為“2區(qū)”。氣化裝置生產(chǎn)原料為煤粉，生產(chǎn)過程中不但產(chǎn)生CH3OH、CO、H2、CH4等易燃、易爆介質(zhì)，也產(chǎn)生CO、H2S、NH3等有毒有害氣體。另外高溫、高壓、深冷、腐蝕、堵塞、磨損、結(jié)晶等也是本工程儀表選型所考慮的主要問題。
1.2 總體目標(biāo)
本項目設(shè)置先井、可靠、完備的儀表和控制系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)、長周期、高質(zhì)量的運(yùn)行，實現(xiàn)企業(yè)的Zui大利潤。總體目標(biāo)如下：
1）人員健康、安全及環(huán)境保護(hù)方面達(dá)到高的標(biāo)準(zhǔn)。
2）在過程檢測、常規(guī)控制及先井控制方面達(dá)到行業(yè)先井水平。
3）選用高性能、高可靠性和高性價比的儀表及控制系統(tǒng)，避免因儀表及控制系統(tǒng)故障引起裝置非計劃停工。
4）儀表與控制系統(tǒng)供應(yīng)商具有優(yōu)良的信譽(yù)和集成化，具有良好的操作培訓(xùn)支持和維護(hù)支持，實現(xiàn)Zui少的維護(hù)人員配置和Zui少的備品備件。
5）提供先井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)。
1.3 總體規(guī)劃
1.3.1 自動控制水平
1）本設(shè)計遵循“技術(shù)先井、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠、操作方便”的原則。
2）本工程主生產(chǎn)裝置的監(jiān)視、控制和管理由分散型控制系統(tǒng)（DCS）完成，在中心控制室（CentreControl Room － CCR）進(jìn)行集中操作和管理。
3）安全儀表系統(tǒng)（SIS）獨(dú)立于DCS系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置。
4）各中心控制室的主要控制系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)置與全廠管理網(wǎng)的通信接口，提供全廠生產(chǎn)運(yùn)行管理層（MES）所需的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
5 ） 本項目過程控制層包括分散控制系統(tǒng)（DCS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）、透平／壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)（CCS）、可燃/有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）和設(shè)備包控制系統(tǒng)（PLC）等部分。DCS系統(tǒng)是全廠控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其他控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信將過程數(shù)據(jù)傳送到DCS。
1.3.2 控制室及機(jī)柜室的設(shè)置
1）概述
本工程采用中心控制室和現(xiàn)場機(jī)柜室（ F i e l dAuxiliary Room－FAR）分離設(shè)置方式。生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)操作站設(shè)置在相應(yīng)的中心控制室，過程控制單元設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機(jī)柜室。
現(xiàn)場儀表信號通過電纜連接到現(xiàn)場機(jī)柜室，從現(xiàn)場機(jī)柜室到中心控制室的信號傳輸采用冗余光纜。
操作管理人員在中心控制室完成生產(chǎn)裝置控制、監(jiān)視、報警及報表等操作。
現(xiàn)場機(jī)柜室設(shè)置移動工程師站，用于開車前系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)等工作。
中心控制室設(shè)置各控制系統(tǒng)的工程師站，用于控制系統(tǒng)組態(tài)及維護(hù)。
2）中心控制室
中心控制室設(shè)置在非爆炸危險區(qū)域，采用抗爆結(jié)構(gòu)。
本工程設(shè)置一個中心控制室，負(fù)責(zé)全廠各裝置的操作管理。
3）現(xiàn)場機(jī)柜室
現(xiàn)場機(jī)柜室設(shè)置在非爆炸危險區(qū)域，采用整體抗爆結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場機(jī)柜室依據(jù)工廠總平面布置、與中心控制室的關(guān)系等條件，按裝置或多個生產(chǎn)單元聯(lián)合設(shè)置。現(xiàn)場機(jī)柜室的設(shè)置靠近相應(yīng)的工藝裝置，便于工程實施，合理減少電纜長度、節(jié)省工程費(fèi)用等。
現(xiàn)場機(jī)柜室包括機(jī)柜室、空調(diào)機(jī)室、UPS室、工程師室、備品備件室等。
1.3.3 網(wǎng)絡(luò)安全
為避免網(wǎng)絡(luò)遭受外界的惡意攻擊及網(wǎng)絡(luò)病毒感染，同時為避免控制系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間因非必要信息的大量傳輸而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)崩潰，采取如下網(wǎng)絡(luò)安全措施。
1）控制系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全
現(xiàn)場機(jī)柜室至中心控制室的通信采用工業(yè)級冗余網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。各控制系統(tǒng)應(yīng)采用分層控制網(wǎng)絡(luò)，各層之間應(yīng)有嚴(yán)格的訪問控制權(quán)限，采用冗余網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及冗余容錯技術(shù)，使通信節(jié)點(diǎn)具有多路徑選擇能力。
控制系統(tǒng)應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實時診斷功能。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)具有預(yù)設(shè)置功能，使內(nèi)部數(shù)據(jù)優(yōu)先通信，控制器信息應(yīng)具有Zui高優(yōu)先級。
控制系統(tǒng)應(yīng)具有域隔離功能。各網(wǎng)段間的通信采用有路由功能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，不應(yīng)將服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來使用。
控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置防病毒服務(wù)器，控制系統(tǒng)應(yīng)具有備份和恢復(fù)功能。
2）DCS 系統(tǒng)與第三方設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)安全
DCS 系統(tǒng)與第三方設(shè)備間的通信采用RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，不應(yīng)將服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來使用。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)拒絕接受控制器不需要的所有信息，對不重要的信息流進(jìn)行控制。
3）過程控制網(wǎng)絡(luò)與工廠信息網(wǎng)路通信安全
過程控制網(wǎng)絡(luò)與工廠信息網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)采用防火墻隔離。
4）全廠各控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置時鐘同步設(shè)施。
1.3.4 系統(tǒng)集成
在中心控制室集成各DCS系統(tǒng)的過程控制網(wǎng)，并統(tǒng)一經(jīng)防火墻與工廠信息管理網(wǎng)連接。以太網(wǎng)是實現(xiàn)信息交換的主干網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)接口和通信要求必須保證速度快、負(fù)荷低、可靠、安全。SIS、CCS等系統(tǒng)具有各自特有的功能，在自成系統(tǒng)的同時，具有與DCS通信的功能。SIS、CCS等系統(tǒng)采用RS485接口，Modbus-RTU 協(xié)議與DCS進(jìn)行通信，通信接口冗余配置。
過程控制層和生產(chǎn)管理層采用OPC的通信方式，在過程控制層設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫，為管理層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺。
1.4 控制系統(tǒng)設(shè)計原則
1.4.1 分散型控制系統(tǒng)（DCS）
DCS系統(tǒng)完成各生產(chǎn)裝置的基本過程控制、操作、監(jiān)視、管理，順序控制、工藝聯(lián)鎖和部分先井控制等功能。
DCS系統(tǒng)由操作站、輔助操作臺、打印機(jī)、大屏幕顯示器、PC機(jī)、控制站、I/O 機(jī)柜、安全柵或/及端子柜、配電柜及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。中心控制室設(shè)置工程師站用于組態(tài)維護(hù)，故障診斷等工作。各中心控制室設(shè)公共的硬件平臺及以太網(wǎng)接口用于連接全廠信息管理系統(tǒng)。控制站配置冗余的串行通信接口連接SIS、CCS、GDS、設(shè)備包PLC等系統(tǒng)。
DCS系統(tǒng)采用冗余技術(shù)與自診斷技術(shù)，DCS系統(tǒng)的供電單元、中央處理器卡、通信卡、電源卡、接口卡、重要控制回路的AI/AO卡件、重要檢測回路中的AI/AO卡件應(yīng)冗余配置。
1.4.2 安全儀表系統(tǒng)（SIS）
根據(jù)各生產(chǎn)裝置不同的特點(diǎn)，重要的安全聯(lián)鎖保護(hù)、緊急停車系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)設(shè)置SIS系統(tǒng)。SIS系統(tǒng)設(shè)置在現(xiàn)場機(jī)柜室，各裝置獨(dú)立設(shè)置控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機(jī)組和關(guān)鍵設(shè)備的安全。SIS系統(tǒng)按照IEC61508 中規(guī)定的SIL3 級設(shè)計，采用由TUV 安全認(rèn)證的雙重化、三重化（TMR）或四重化（QMR）的可編程序控制器完成裝置的緊急停車（Emergency Shut-Down – ESD）。SIS系統(tǒng)按照故障安全型設(shè)計，與DCS系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信,在DCS系統(tǒng)操作站上顯示報警及打印。SIS系統(tǒng)設(shè)工程師站和順序事件記錄站（Sequence Event Recorder-SER），操作及顯示報警通過輔助操作臺上的開關(guān)、按鈕和DCS系統(tǒng)的操作站來完成。
1.4.3 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（CCS）
根據(jù)生產(chǎn)裝置的需要， 設(shè)置壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（CCS），完成壓縮機(jī)組的調(diào)速控制、防喘振控制、負(fù)荷控制及安全聯(lián)鎖保護(hù)等功能，并與裝置的DCS進(jìn)行通信使操作人員能夠在DCS上對機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視和控制。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)采用三重化或雙重化的冗余、容錯系統(tǒng)。
對于較簡單的機(jī)組控制（如往復(fù)式壓縮機(jī)），機(jī)組的監(jiān)控可由DCS完成，機(jī)組的安全聯(lián)鎖保護(hù)由SIS完成。
1.4.4 可燃/有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）
可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）以現(xiàn)場機(jī)柜室（FAR）（或生產(chǎn)裝置）為單位獨(dú)立設(shè)置。生產(chǎn)裝置內(nèi)可能泄漏或聚集可燃、有毒氣體的地方，分別設(shè)有可燃、有毒氣體檢測器，根據(jù)其布置情況設(shè)置現(xiàn)場聲光報警設(shè)備，同時將信號接至GDS系統(tǒng)，GDS系統(tǒng)將信號通信至DCS系統(tǒng)，在中心控制室內(nèi)設(shè)置專用的DCS操作站用于GDS系統(tǒng)的顯示報警。
1.4.5 設(shè)備包控制系統(tǒng)（PLC）
操作控制相對獨(dú)立或大型設(shè)備包的控制監(jiān)視和安全聯(lián)鎖原則上采用獨(dú)立的設(shè)備包控制系統(tǒng)。與DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，操作人員能夠在DCS操作站上對設(shè)備包的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視與操作。
設(shè)備包的現(xiàn)場儀表設(shè)計原則上與主裝置一致，現(xiàn)場控制盤的功能要盡量少。應(yīng)統(tǒng)一設(shè)備包PLC系統(tǒng)的制造商，降低備品備件及生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用。
1.5 儀表與自動化設(shè)備
1.5.1 儀表選型與設(shè)計原則
1）一般原則
根據(jù)各裝置的生產(chǎn)規(guī)模、流程特點(diǎn)、操作要求和自動控制水平，選擇技術(shù)先井、性能可靠、價格合理的儀表和自動控制設(shè)備，供貨商應(yīng)具有良好的售后服務(wù)和技術(shù)支持。
SIS用關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。
同時參與安全聯(lián)鎖和控制時，現(xiàn)場儀表應(yīng)在現(xiàn)場分別獨(dú)立設(shè)置。當(dāng)無法獨(dú)立設(shè)置時，采用信號分配器，現(xiàn)場儀表供電由SIS系統(tǒng)提供。
2）儀表防護(hù)
現(xiàn)場儀表的選用應(yīng)滿足工廠所在地的地域氣候環(huán)境要求。現(xiàn)場安裝的電子式儀表應(yīng)至少滿足IEC60529和GB4208標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的IP65的防護(hù)等級，非電子式的現(xiàn)場儀表應(yīng)至少滿足IP55的防護(hù)等級。
3）儀表防爆
所有現(xiàn)場安裝的電子式儀表應(yīng)根據(jù)危險區(qū)域的等級劃分，選用符合IEC60079標(biāo)準(zhǔn)或GB3836標(biāo)準(zhǔn)，具有國家防爆合格證的產(chǎn)品。
1.5.2 溫度儀表
就地溫度指示采用國產(chǎn)雙金屬溫度計。
集中顯示和控制的測溫元件采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的熱電阻（Pt100）或相應(yīng)分度的熱電偶。含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)配套耐磨型護(hù)套；設(shè)備表面及管道表面溫度測量采用表面溫度計和一體化（或分體）溫度變送器。
溫度計保護(hù)套管的材質(zhì)根據(jù)工藝介質(zhì)的特性選取，應(yīng)優(yōu)于管道（或設(shè)備）所用材質(zhì)；至少與管道（或設(shè)備）所用材質(zhì)相當(dāng)。
氣化爐高溫高壓測溫裝置包括氣化爐爐壁測溫和爐膛測溫在內(nèi)的專用溫度儀表。由于氣化爐反應(yīng)溫度高，負(fù)荷大，尤其國內(nèi)煤種類型多，煤種不穩(wěn)定，操作過程中爐膛溫度波動大，溫度場分布不均，容易造成局部溫度過高，因此對氣化爐運(yùn)行溫度控制的要求很高，如何快速準(zhǔn)確的獲得氣化爐運(yùn)行過程中的溫度，尤其是關(guān)鍵部位的溫度變得極為重要，直接影響氣化爐能否正常運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。高溫高壓測溫裝置設(shè)計有直插式和埋入式兩種測溫裝置。
1.5.3 壓力儀表
就地壓力指示，根據(jù)被測介質(zhì)的特性和使用環(huán)境，選用相應(yīng)材質(zhì)的國產(chǎn)（或引進(jìn)技術(shù)）產(chǎn)品，如彈簧管不銹鋼壓力表、隔膜壓力表或膜片壓力表等。
對于脈動場合，如泵的排出管線等，選用耐震壓力表。
對于強(qiáng)腐蝕性、含煤粉、固體顆粒、高黏度等介質(zhì)，選用隔膜壓力表或膜片壓力表。
集中壓力測量采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的智能型電動壓力變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭遠(yuǎn)傳壓力變送器或采用吹氣法測量方式。
只用于壓力集中報警、聯(lián)鎖的壓力測量采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的非指示型壓力開關(guān)。
集中差壓測量采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)智能型電動差壓變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭式遠(yuǎn)傳差壓變送器或采用吹氣法測量方式。
1.5.4 流量儀表
就地流量指示采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的金屬管轉(zhuǎn)子流量計。
一般干凈介質(zhì)（液體、氣體、蒸汽）的流量測量，根據(jù)工況不同分別選用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、渦街流量計、楔形流量計。對于微壓損、低流速流體流量測量，采用平衡流量計，其永久壓力損失約為孔板的1/3，大大減少流體運(yùn)行所需的能量消耗。
對于中小流量和微小流量，要求量程比不大于10:1的場合，儀表公稱直徑DN≤80mm，且要求精度不高于1.5級時，采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的帶遠(yuǎn)傳指示的金屬管轉(zhuǎn)子流量計。
對于大口徑管道的流量測量，采用巴類流量計。
對于灰水，黑水等含有固體顆粒介質(zhì)的液固兩相流的流量測量，采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的楔形差壓流量計和電磁流量計等。
項目所采用的粉煤流量計采用微波測量原理的粉煤流量計，避免了因采用輻射式粉煤流量計帶來的安裝、使用、維護(hù)等方面的困難。
1.5.5 液位儀表
就地液位指示采用磁翻板液位計。
大多數(shù)液面連續(xù)測量的場合，采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的磁致伸縮液位計或差壓式液位儀表。并根據(jù)使用場合的不同，采用了較多的吹氣法、沖洗水法差壓式液位儀表。
渣池、攪拌罐等選用雷達(dá)式或超聲波式液位計。
對于煤粉倉等粉料料位的測量，采用微波式料位開關(guān)或輻射式料位開關(guān)以及采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納式料位開關(guān)。
1.5.6 分析儀表
根據(jù)工藝要求，采用不同的分析儀表對介質(zhì)進(jìn)行在線連續(xù)分析，如紅外線氣體分析儀、CO/CO2雙組分分析儀、工業(yè)色譜儀、氧化鋯氧分析儀、激光分析儀、電導(dǎo)率儀、NH3分析儀、CO分析儀、CO2分析儀、微量H2O分析儀、總硫分析儀和氣體分析儀等分析儀表，在線分析儀應(yīng)帶有網(wǎng)絡(luò)通信接口，能夠接入工業(yè)以太網(wǎng)（TCP／IP協(xié)議）構(gòu)成在線分析儀系統(tǒng)；也可通過串行通信接口（Modbus-RTU）與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
在線分析儀一般選用單流路系統(tǒng)。如果不同流路的測量元件在相同范圍內(nèi)，并且生產(chǎn)工藝對較長的響應(yīng)時間能夠接受時，可選用多流路氣體／液體分析儀。
1.5.7 調(diào)節(jié)閥
控制閥的選用根據(jù)工況，分別選用球型閥、蝶閥或調(diào)節(jié)閥。
氣化裝置中，煤粉加壓輸送系統(tǒng)中關(guān)鍵的切斷閥、三通閥、調(diào)節(jié)閥，灰渣系統(tǒng)的鎖渣閥、黑水調(diào)節(jié)角閥，氧氣及氧氣相關(guān)系統(tǒng)的切斷閥和調(diào)節(jié)閥等，均為隨工藝包配套提供的專有特種閥門。
2 安裝調(diào)試
煤氣化裝置工藝復(fù)雜，自動化程度高，聯(lián)鎖邏輯及控制復(fù)雜，對操作要求很高。航天工程公司作為專業(yè)化工程公司，不僅為用戶提供工程設(shè)計服務(wù)，還提供開車服務(wù)。本工程作為航天煤氣化工藝大爐型示范裝置，各方高度重視安裝調(diào)試工作。為了確保一次開車成功，著重開展了以下兩項工作。
2.1 建立操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS），開展操作員仿真培訓(xùn)
操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要應(yīng)用于操作員工藝操作培訓(xùn)、操作規(guī)程的完善、企業(yè)安全生產(chǎn)演練、事故演習(xí)、工藝狀況研究、操作員上崗前考核等工作，為用戶的整個生產(chǎn)過程提供真實的模擬操作環(huán)境，目前越來越多的用戶開始接受這種直觀的培訓(xùn)和試驗手段。
OTS 模擬DCS 上的操作功能，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的仿真操作，用于培訓(xùn)操作人員的操作技能，包括開車、正常生產(chǎn)、正常停車、緊急停車、工藝切換和負(fù)荷調(diào)整等，并對操作人員的操作技能給予評估和考核。OTS系統(tǒng)使用獨(dú)立的內(nèi)部局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括仿真計算機(jī)、教學(xué)工作站、培訓(xùn)操作站和外圍設(shè)備等。OTS系統(tǒng)同時提供培訓(xùn)操作軟件，開發(fā)和維護(hù)仿真模型，進(jìn)行DCS 系統(tǒng)的組態(tài)。教學(xué)工作站軟件可建立表格、畫面和趨勢顯示，并能跟隨模型的仿真變量進(jìn)行變化。培訓(xùn)操作站具有與DCS 系統(tǒng)操作站相同的功能。OTS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)組態(tài)相同，包括儀表位號、數(shù)據(jù)、報警、量程、回路說明等；OTS 系統(tǒng)仿真模型的流程圖和趨勢畫面與DCS 系統(tǒng)相一致。
2.2 控制系統(tǒng)調(diào)試
煤氣化工藝聯(lián)鎖邏輯設(shè)計復(fù)雜嚴(yán)密，復(fù)雜控制回路多，為確保一次開車成功，自控設(shè)計人員除了對系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行仔細(xì)的檢查外，還配合業(yè)主完成以下工作。
1）系統(tǒng)硬件功能測試：包括通電測試、冗余模塊自動切換及在線插拔等功能測試。
2）I/O（輸入/輸出）通道測試：在裝置電纜連接結(jié)束后，進(jìn)行檢測回路的系統(tǒng)調(diào)校，主要工作包括核對信號的量程、工程單位，檢查卡件有無損壞、系統(tǒng)點(diǎn)組態(tài)是否正確、儀表是否調(diào)校準(zhǔn)確、信號線是否接好等。
3）控制回路功能測試：測試時主要檢查回路的調(diào)節(jié)功能，例如正反作用方式、PID參數(shù)設(shè)定、測量跟蹤以及其他一些特定功能（如輸出限位等、無擾動切換等）。
4）報警、聯(lián)鎖、順控系統(tǒng)功能測試：包括核對信號的報警、聯(lián)鎖值，測試時通過信號線短接、信號強(qiáng)制、信號旁路等手段，逐個條件進(jìn)行測試，判斷輸出信號與要求的信號是否一致。
5）系統(tǒng)整體調(diào)試：在試車的第二個階段，即聯(lián)動試車階段，儀表全部投入運(yùn)行，進(jìn)行系統(tǒng)整體調(diào)試，對系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行全面檢查和確認(rèn)。
本工程在各方努力下，按照項目整體進(jìn)度要求，有序開展安裝調(diào)試工作，Zui終一次開車成功，確保了項目的順利進(jìn)行。
3 運(yùn)行維護(hù)
本工程一次開車成功并順利投產(chǎn)后，儀表自動化設(shè)備總體運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提升了工廠的生產(chǎn)操作和管理水平，保障了裝置的正常運(yùn)行。為了向用戶提供更深層次的服務(wù)，同時也為了滿足航天工程公司本身的需求，依托本工程，研制完成了航天爐遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)的試點(diǎn)項目，本節(jié)內(nèi)容對此系統(tǒng)進(jìn)行介紹。
3.1 概述
航天長征化學(xué)工程股份有限公司作為煤氣化行業(yè)內(nèi)典型的專業(yè)化工程公司，依托具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先井煤氣化專Li技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，專業(yè)從事煤氣化工程設(shè)計或工程總承包，在煤氣化工程領(lǐng)域形成了技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計、設(shè)備成套、工程管理及全生命周期服務(wù)的核心能力。隨著公司煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，為了便于及時掌握各現(xiàn)場氣化裝置運(yùn)行情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸和分析，優(yōu)化設(shè)計，為裝置長周期運(yùn)行提供保障，為用戶提供增值服務(wù)，同時為遠(yuǎn)程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)儲備，在航天工程公司北京總部科研大樓建立煤氣化裝置遠(yuǎn)程服務(wù)中心，對各裝置現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行情況監(jiān)視、故障預(yù)判和遠(yuǎn)程操作指導(dǎo)等工作。
3.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計
煤氣化裝置遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)的研究目的是為了便于公司及時掌握各現(xiàn)場氣化裝置運(yùn)行情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸和分析，為優(yōu)化設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)支撐；同時進(jìn)行氣化裝置運(yùn)行情況監(jiān)視，及時作出故障預(yù)判，開展遠(yuǎn)程操作指導(dǎo)等工作，為裝置長周期運(yùn)行提供保障，為用戶提供增值服務(wù)；另外還可為將來開展遠(yuǎn)程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)儲備。
系統(tǒng)主要完成以下目標(biāo)：
1）采集各地氣化裝置DCS過程數(shù)據(jù)，傳至北京遠(yuǎn)程服務(wù)中心并存儲, 建立實時和歷史數(shù)據(jù)庫。
2）在北京遠(yuǎn)程服務(wù)中心通過高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀的動態(tài)顯示各地氣化裝置工藝流程的實時工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面、報警信息，使工程技術(shù)人員及時掌握各地氣化裝置的運(yùn)行情況。
3）北京遠(yuǎn)程服務(wù)中心不具備操作功能，不參與控制，數(shù)據(jù)傳輸為單向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)“監(jiān)而不控”。
4）具備WEB瀏覽功能，授權(quán)人員可在各地隨時通過移動終端（手機(jī)、iPAD等）、電腦等掌握現(xiàn)場裝置運(yùn)行情況。
5）具有短信通知服務(wù)功能，重要報警信息及工藝參數(shù)自動推送至相關(guān)授權(quán)人員手機(jī)上。
6）系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性，滿足今后系統(tǒng)擴(kuò)容的需要。
7）具備數(shù)據(jù)緩存功能，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，當(dāng)通訊網(wǎng)絡(luò)故障時，數(shù)據(jù)可保存一定時間，待故障消除后，自動將數(shù)據(jù)上傳到北京監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。
8）具備完善的權(quán)限管理功能，實現(xiàn)分級管理。
3.3 數(shù)據(jù)采集、傳輸及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
為保障系統(tǒng)安全性和可靠性，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須獨(dú)立于裝置操作運(yùn)行層，和裝置現(xiàn)場控制層完全脫離，并通過VPN對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。同時，為開展各種應(yīng)用服務(wù)功能，在總部設(shè)計一套氣化裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)信息綜合管理平臺，用于數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布等功能。
3.3.1 系統(tǒng)性能
3.3.1.1 安全性
系統(tǒng)安全性是本項目研究的重點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)采集和傳輸。為了打消用戶出于安全方面的疑慮，保證數(shù)據(jù)采集和傳輸對控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行不會構(gòu)成影響，本項目必須具備“監(jiān)而不控”的功能，這就決定了必須采用單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，不能向控制層傳送數(shù)據(jù)；同時，需具備完善的信息隔離技術(shù)，包括硬件防火墻、網(wǎng)關(guān)技術(shù)、防病毒技術(shù)等，確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，防止系統(tǒng)受到黑客的攻擊和病毒的侵?jǐn)_，保證數(shù)據(jù)不被非法讀取和修改。
3.3.1.2 可靠性
本項目包括多個子系統(tǒng)，除了保證系統(tǒng)整體穩(wěn)定可靠外，重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕@是系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)。
隨著工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求越來越多，而選擇Zui優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸方式，可以提高數(shù)據(jù)傳輸安全性和穩(wěn)定性，并Zui大化的節(jié)省費(fèi)用。一般遠(yuǎn)程監(jiān)控通常采用無線方式，然而無線通訊比較容易受到干擾，GPRS等方式不能提供大數(shù)據(jù)量的穩(wěn)定傳輸，無法突破城市之間的超遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程監(jiān)控，難以滿足工業(yè)需求，同時如果數(shù)據(jù)傳輸量較大，則運(yùn)行費(fèi)用比有線方式貴很多。在這種情況下，采用VPN和OPC的方式是一個較為理想的選擇。
VPN（Virtual Private Network）是利用IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸私有信息而形成的邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而為用戶提供高安全性，且比專線價格低廉的資源共享和互連服務(wù),它具有同客戶原有的私有網(wǎng)絡(luò)相同的安全性、優(yōu)先級特性、易管理性和穩(wěn)定性。OPC則可以提供高速的數(shù)據(jù)傳輸性能，具有分布式COM的安全管理機(jī)制，并且開發(fā)簡單。結(jié)合VPN和OPC開發(fā)的應(yīng)用程序，不僅代碼數(shù)量少，而且可以遠(yuǎn)程維護(hù)，非常適合本項目數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊蟆?
3.3.1.3 可擴(kuò)展性
考慮到隨著煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，本項目方案不僅要滿足現(xiàn)階段監(jiān)控系統(tǒng)的要求，同時還要滿足未來系統(tǒng)擴(kuò)容時，仍然能夠滿足整體的技術(shù)要求。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，要符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)考慮通用性和靈活性，以便在未來系統(tǒng)擴(kuò)容時，無需更改或僅做少量更改即可滿足新的要求，并且不影響原系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.3.2 系統(tǒng)設(shè)計
建立遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)的目的是搭建一個以北京總部為中心，以各地煤氣化生產(chǎn)裝置現(xiàn)場實時過程控制數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的綜合信息管理平臺，實現(xiàn)對裝置的生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)測，使管理層能夠就近、實時了解裝置的運(yùn)行狀況，為技術(shù)研究及管理層管理決策提供可靠的依據(jù)，并為以后的技術(shù)升級、維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。
遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)按項目要求為：裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、總部集中遠(yuǎn)程服務(wù)平臺。
3.3.2.1 裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
利用與實時數(shù)據(jù)庫配套的專用數(shù)據(jù)采集程序，通過智能單向隔離網(wǎng)閘，實現(xiàn)對裝置實時運(yùn)行數(shù)據(jù)的單向采集，并將實時數(shù)據(jù)同步存儲到數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器中。
智能單向隔離網(wǎng)閘是專為企業(yè)過程控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)之間進(jìn)行單向物理隔離而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備，負(fù)責(zé)從各個DCS中采集數(shù)據(jù)，送到實時數(shù)據(jù)庫中；隔離網(wǎng)閘集成了針對不同DCS系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)采集程序，同時以硬隔離的方式實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的安全防護(hù)。
數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器負(fù)責(zé)采集氣化裝置生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)緩存功能，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，保存實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
3.3.2.2 VPN虛擬專網(wǎng)
借助公網(wǎng)專用技術(shù)，搭建數(shù)據(jù)上傳通道，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾⒎€(wěn)定。在裝置現(xiàn)場與北京總部端分別部署VPN設(shè)備，搭建站點(diǎn)到站點(diǎn)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。
目前提供專網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商國內(nèi)主要是電信、網(wǎng)通、聯(lián)通3家，目前北京總部中心外網(wǎng)使用電信網(wǎng)絡(luò)，各裝置現(xiàn)場一般根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選擇不同運(yùn)營商。通過在VPN設(shè)備上增加跨運(yùn)營商加速模塊來彌補(bǔ)現(xiàn)有接入系統(tǒng)可能會造成的網(wǎng)絡(luò)傳輸波動。
3.3.2.3 總部系統(tǒng)設(shè)計
通過在北京總部部署實時數(shù)據(jù)庫與企業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化管控平臺，實現(xiàn)裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集數(shù)據(jù)與總部數(shù)據(jù)庫之間的通訊，利用STS接口協(xié)議，借助VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)總部數(shù)據(jù)庫采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，并圍繞總部數(shù)據(jù)庫展開各種應(yīng)用功能。
通過部署移動客戶端應(yīng)用服務(wù)支持程序，實現(xiàn)在手機(jī)、IPAD等智能移動終端的瀏覽，不受移動客戶端操作系統(tǒng)、品牌的限制。
通過在總部搭建內(nèi)部辦公網(wǎng)絡(luò)，各工作站通過直接訪問應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)各種管理應(yīng)用，包括流程圖監(jiān)視、流程圖回放、歷史趨勢查詢、報警事件記錄、報表生成與打印等。
生產(chǎn)裝置在日常運(yùn)行的過程中，可能某幾個關(guān)鍵指標(biāo)會對整個裝置的安全具有非常重要的影響，正常生產(chǎn)過程中，這幾個指標(biāo)基本不會產(chǎn)生變化，但是一旦變化，將會對整個裝置的安全運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，由于其超限的概率極低，容易造成監(jiān)控人員會對其數(shù)據(jù)變化產(chǎn)生麻痹大意，為了避免這種情況發(fā)生，系統(tǒng)支持對某些重要信息的短信推送，通過及時傳送給相關(guān)崗位領(lǐng)導(dǎo)或技術(shù)負(fù)責(zé)人員，及時處理，來避免安全事故的發(fā)生。
3.4 信息展示系統(tǒng)設(shè)計
在超大屏幕顯示系統(tǒng)項目中，需要對大屏幕上的圖像實時切換、拼接、放大顯示，拼接技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為主流。
在本項目中，采用先井、成熟、實用、可靠的大屏幕投影顯示技術(shù)與設(shè)備，一方面可實時、真實、清晰、方便地將各地煤氣化裝置的運(yùn)行情況、聯(lián)網(wǎng)的其他計算機(jī)信號和獨(dú)立的計算機(jī)信號以及各種視頻信號等在大屏幕投影顯示墻上顯示，以利于各級領(lǐng)導(dǎo)及專家及時的處理緊急事件，高效率的對事態(tài)的發(fā)展趨勢、處置方案等進(jìn)行分析、決策；另一方面，它也作為公司遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)項目的一個亮麗的窗口，在對外宣傳及提升企業(yè)形象等方面起到獨(dú)特和重要的作用。
3.4.1 技術(shù)方案
大屏幕拼接顯示設(shè)備從出現(xiàn)至今的發(fā)展過程中相繼出現(xiàn)了3種主流技術(shù)，即：DLP（Digital LightProcession）背投拼接單元、PDP等離子拼接單元和LCD液晶拼接單元。目前，受限于整體PDP產(chǎn)業(yè)的凋零及其相對較高的成本，PDP等離子技術(shù)逐漸退出主流市場，同時，LED拼接顯示技術(shù)進(jìn)入市場。
遠(yuǎn)程服務(wù)中心的大屏幕顯示單元主要用于流程畫面和關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示，并且以全屏圖像顯示為主，分屏顯示為輔。LCD液晶拼接雖具有超薄輕巧、低功耗、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢特點(diǎn)，但較大的拼接拼縫使其影響全屏圖像的顯示以及數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示，因此不適合本項目；同時，由于房間縱深有限， LED顯示墻分辨率低，不適合近距離長時間觀看，因此也不適合本項目。
綜合上述因素，根據(jù)本項目大屏幕顯示系統(tǒng)的技術(shù)需求，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，Zui終采用DLP拼接系統(tǒng)。
3.4.2 系統(tǒng)集成
本系統(tǒng)采用巴可MVL-721 70寸顯示單元，由8臺MVL-721顯示單元拼接墻體組成，采用2行×4列拼接方式。
DLP顯示單元：包括投影機(jī)、屏幕、光源等，用于數(shù)據(jù)、流程畫面等信息展示。
拼接控制器：滿足信號顯示的全部要求，支持多屏幕拼接顯示中對任一尺寸的顯示實現(xiàn)單一邏輯屏操作和控制。
控制電腦/管理軟件：對所有需要在大屏幕投影顯示墻上顯示的應(yīng)用進(jìn)行全面管理，安排各類應(yīng)用顯示的區(qū)域和時間表；通過簡單的路徑、圖標(biāo)或模板實現(xiàn)窗口的打開、關(guān)閉、移動、縮放等應(yīng)用操作；提供多級安全保障管理功能，可設(shè)置多種操作等級或權(quán)限。
集中控制系統(tǒng)：通過NEW IPAD觸摸屏對所需設(shè)備進(jìn)行實時控制，包括視頻信號切換、顯示模式調(diào)整、燈光分區(qū)及亮暗控制、窗簾和空調(diào)設(shè)備控制等。
4 工程創(chuàng)新總結(jié)
主要工程創(chuàng)新如下。
1）建立了操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS）
煤化工等大型流程化工行業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中的地位是非常重要的，其工藝設(shè)備逐漸大型化，自動控制水平也越來越高，因而對生產(chǎn)運(yùn)行人員的操作能力與水平有了更高的要求。通過使用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，讓操作人員熟練掌握遇到一些常見事故情況如何進(jìn)行操作處理，可以減少突發(fā)性事故和誤操作，減少非正常停工，可為企業(yè)保持預(yù)計的經(jīng)濟(jì)效益，減少能耗和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。
2）建立了航天爐遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)
遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)是信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。本系統(tǒng)投用后，工程技術(shù)人員在北京監(jiān)控中心通過高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀動態(tài)的監(jiān)測各地煤氣化裝置工藝流程的實時工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面、報警信息，及時掌握各地裝置的運(yùn)行情況，有效的開展了故障預(yù)判和遠(yuǎn)程操作指導(dǎo)等工作，節(jié)約了大量往返奔波現(xiàn)場的成本。同時，用戶高管人員利用移動終端隨時隨地掌握本廠煤氣化裝置運(yùn)行情況，為用戶提供了增值服務(wù)。同時，本系統(tǒng)投用后，成為公司一個良好的展示平臺，尤其是一些潛在客戶訪問公司時，可以讓客戶不必親臨裝置現(xiàn)場，即可了解各地氣化裝置的運(yùn)行情況，加深客戶對公司技術(shù)能力的印象，提升客戶的滿意度。
