西門子6ES7211-1AE40-0XB0西門子6ES7211-1AE40-0XB0

西門子CPU319-3PN/DP集成商快速響應市場變化的需求，如何早于競爭對手將新產品推向市場，如何增加工廠的靈活性和透明度，如何節(jié)約成本、降低能耗，一直以來，都是企業(yè)孜孜不倦追求的目標。這些任務看似艱巨，但并非是不能夠完成。簡而言之，這些目標都可以通過西門子產品、解決方案、服務及我們在各行業(yè)的專業(yè)技術來實現(xiàn)。“工欲善其事，必先利其器”，西門子產品毫無疑問是工業(yè)用戶的優(yōu)秀選擇。在撫順石化“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目中，西門子以其DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案和性能優(yōu)良的自動化儀表為項目的順利運行提供了堅實的基礎。

“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目

“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目是一個特大型煉油化工一體化項目，項目集中原油加工、煉油結構調整技術改造工程、100萬噸/年乙烯技術改造工程、熱電廠“以大代小”擴能改造工程及配套項目、石油一廠新區(qū)和化塑廠搬遷工程，是分別立項又相互的煉油和化工綜合項目。該項目生產流程長、工藝復雜，又有大量易燃、易爆危險裝置，安全要求*，對肩負全廠生產重任的控制系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求?？刂葡到y(tǒng)和儀表不僅要采用新的技術、確保安全可靠，而且需要滿足石油化工特殊工藝過程的技術要求，除基本的過程控制和檢測外，還要建立全廠實時數(shù)據(jù)庫，為廠級計算機信息管理和生產調度建立基礎。

圖1：中國石油撫順石化公司項目裝置

過程控制與安全控制的融合

面對項目提出的巨大挑戰(zhàn)，西門子利用自己在自動化領域的優(yōu)勢，依靠具有豐富經驗的團隊，為撫順石化的煉化和化工項目提供了節(jié)能降耗、靈活耐用，便捷高效的自動化系統(tǒng)和儀表。在控制系統(tǒng)方面，撫順石化采用西門子SIMATIC PCS 7作為全廠DCS系統(tǒng)，并與S7-400FH系統(tǒng)聯(lián)合使用，構成DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案。

表：自動控制系統(tǒng)概況

為了確保生產裝置的人員和設備安全、保證裝置在事故情況下的安全聯(lián)鎖和緊急停車，避免災難性事故的發(fā)生，項目采用SIS系統(tǒng)對重要裝置進行保護，并與DCS系統(tǒng)一體化集成。西門子的SIS系統(tǒng)選用具有冗余容錯性的SIMATIC S7-400FH控制器，內置*冗余設計及自診斷功能，能對內部及外部的故障進行快速而有效的診斷，通過不同的模塊冗余（FMR）方式，對現(xiàn)場儀表和執(zhí)行裝置進行單模塊、雙模塊和三重化模塊配置，完成IEC61511安全規(guī)范規(guī)定中的安全儀表功能。這樣SIMATIC PCS 7與S7-400FH系統(tǒng)將基本過程控制系統(tǒng)與安全儀表系統(tǒng)*整合在一起，這樣既可以減少投資，又可簡化系統(tǒng)設計、開發(fā)與維護工作，且能更好地滿足安全標準規(guī)定的等級要求。

上位機系統(tǒng)采用客戶機/服務器結構，其中客戶機用于對現(xiàn)場控制設備的監(jiān)視和操作，服務器可完成生產過程的數(shù)據(jù)記錄與歸檔。操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站與控制系統(tǒng)之間采用西門子SIMATIC NET冗余光纖環(huán)網作為通訊網絡，通信速率高達1Gbps，有效保證了海量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?，在環(huán)型網絡的某一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，環(huán)形網絡會在0.3秒內重建通訊通道。

西門子公司提供的高可靠性并且靈活易用的控制系統(tǒng)已經幫助撫順石化的常減壓蒸餾、延遲焦化等裝置陸續(xù)投入生產，產品收率、質量均達到設計值，確保工廠可靠、穩(wěn)定運行。

過程儀表遍布生產流程

控制系統(tǒng)猶如工廠中的“神經中樞”，管理著生產過程中的每一個環(huán)節(jié)。而過程中配備的每一個自動化過程儀表，擔負著數(shù)據(jù)采集等工作。自動化過程儀表遍布在生產過程中，就好比是生產過程中的“手足”。自動化過程儀表的性能優(yōu)劣對生產過程具有決定性的影響。好的過程儀表，將為企業(yè)帶來更多的收獲與驚喜。

項目總共使用了SIPART PS2智能電氣閥門定位器4000臺，此外還使用了全集成過程儀表，包括溫度變送器模塊SITRANS TH300，雷達物位計SITRANS LR460，音叉物位開關SITRANS LVS200和音叉液位開關SITRANS LVL200，超聲波流量計SITRANS FUS。這些過程儀表在變溫控溫、流量監(jiān)測、過程控制中扮演者不可替代的角色，為企業(yè)節(jié)約了成本，降低了能耗，實現(xiàn)了項目運行輕松無憂。

以自動化過程儀表中廣泛使用的閥門定位器為例。在“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目中，使用的閥門有數(shù)千個，而每一個閥門都要安裝與之配套的閥門定位器。由于閥門定位器以儀表空氣為動力源，在使用過程中消耗大量的儀表空氣。數(shù)千閥門定位器的儀表空氣消耗對于企業(yè)來說是一筆不小的開支。因此，撫順石化方面希望使用的閥門定位器，在保證設備運行穩(wěn)定、可靠的同時，具有良好的節(jié)能減排的性能，大限度的節(jié)約成本。

作為在智能閥門定位器市場占有主導地位的自動化過程儀表供應商，西門子的SIPART PS2智能電氣閥門定位器正是為實現(xiàn)該目的，量身定做的自動化過程儀表。

圖2：項目中使用的SIPART PS2智能電氣閥門定位器

SIPART PS2閥門定位器是由西門子公司開發(fā)研制的智能閥門定位器，在節(jié)能方面具有良好的口碑。SIPART PS2閥門定位器與傳統(tǒng)的電氣閥門定位器相比，是一款可以實現(xiàn)節(jié)能減排的自動化過程儀表，并且具有性能可靠、操作便捷等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的閥門定位器采用噴嘴--擋板結構，在穩(wěn)態(tài)時，噴嘴擋板結構中的噴嘴仍然在排氣狀態(tài)，會消耗大量的儀表空氣；而西門子SIPART PS2閥門定位器采用壓電閥結構，在穩(wěn)態(tài)時，關閉壓電閥，其儀表空氣的消耗量基本為零。這一技術將使得作為閥門定位器動力源的儀表空氣的消耗大大減少，從根本上解決了儀表空氣能耗的問題，實現(xiàn)了企業(yè)提出的節(jié)約成本的目標。

西門子SIPART PS2智能電氣閥門定位器可以對閥門進行預防性維護，通過檢測閥門各項參數(shù)并實時提供數(shù)據(jù)，通過自動控制系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)處理后，報告閥門工作狀態(tài)，工作人員根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)可以對閥門工作是否正常做出判斷，以實現(xiàn)對閥門的預防性維護，大大減少了不必要的定期維護，為企業(yè)節(jié)約了人力物力，降低了成本。

（PCS）、應急關斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測系統(tǒng)（FGS）3套獨立的控制系統(tǒng)。西門子負責4個平臺全部控制系統(tǒng)的硬件供貨、安裝、組態(tài)、調試等自動化系統(tǒng)的實施工作,并于2015年10月成功交付使用。

用技術和質量贏得信任西門子CPU319-3PN/DP集成商

基于油田開發(fā)的需要，通常采用平臺群或依托原有設施進行開發(fā)，且平臺之間遠近不同，需要保證平臺之間暢通無阻的實時通訊。因此，處理各種儀器儀表現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)、發(fā)出指令、實現(xiàn)工作流程自動化控制的中控系統(tǒng)是海上采油平臺的關鍵設備。

在此項目中，西門子共為4個平臺提供了13套SIMATIC PCS 7作為中控系統(tǒng)，涵蓋主控DCS系統(tǒng)（PCS）、應急關斷系統(tǒng)（ESD）以及火氣探測系統(tǒng)（FGS），各系統(tǒng)都基于統(tǒng)一的軟硬件平臺。

SIMATIC PCS 7是西門子專業(yè)的過程控制系統(tǒng)，憑借其*的性能，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的精準、快捷控制。同時,它具備數(shù)據(jù)存儲和通訊功能，以其靈活的模塊化冗余和擴展性，完成紛繁復雜的控制策略，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的經濟運行和成本控制，并兼?zhèn)湎到y(tǒng)維護簡便明了、備件成本真實可控的優(yōu)點。

“PCS 7系統(tǒng)架構具有強大的擴展性，通訊功能能夠滿足平臺之間的即時通訊和。即便后期在現(xiàn)有項目上繼續(xù)擴建，新的平臺也能夠無縫納入到系統(tǒng)中來，不會產生任何斷裂。”西門子項目技術負責人楊東表示，“這也是中海油選擇西門子的重要因素。我們完整統(tǒng)一的自動化系統(tǒng)架構設計，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)的真正集成。”

中海油對PCS 7也給予了充分肯定。中海油湛江分公司潿洲項目技術負責人評價PCS 7控制系統(tǒng)的高品質是保證項目順利實施的重要因素。無論是在工程項目的實施過程中，還是在正式運行階段，PCS 7以其過硬的質量和*的性能順利地實現(xiàn)了所有的預想。

與陸地上的石油開采控制系統(tǒng)相比，海上平臺控制要求*不同，系統(tǒng)之間通訊量大，控制點數(shù)多。本次項目所實施的各個控制系統(tǒng)之間正常工作時有大量的通訊工作，并要求迅速及時, PCS/ESD/FGS系統(tǒng)的集成規(guī)模（I/O點）達到5200余點。

與一期的控制系統(tǒng)相比，本次項目西門子的實施方案中，平臺在系統(tǒng)通訊、組態(tài)、編程均采用了統(tǒng)一的工具，整個中控系統(tǒng)真正整合為一體。

海上石油平臺在生產過程中伴隨著巨大的風險，尤其是要預防火災、可燃氣體泄漏，應對海上惡劣天氣等特殊情況的發(fā)生。不僅在系統(tǒng)設計上要滿足規(guī)范要求，也要求在控制上實現(xiàn)本質安全，否則可能造成人員傷亡、破壞環(huán)境、設施損壞等嚴重后果。

在安全方面，西門子為項目提供了在為流行的功能安全通訊技術——PROFIsafe，主要用于ESD和FGS之間通訊使用，可實現(xiàn)SIL3（Safety integrity Level）安全完整性等級要求的數(shù)據(jù)通訊。此外，平臺與平臺之間的ESD同樣采用PROFIsafe進行數(shù)據(jù)通訊。

同時，西門子更是在諸多細節(jié)上為該項目提供了優(yōu)的服務方案。比如，使用西門子*的MTA接線端子板，減少了大量的接線工作，維護更加方便；采用大容量的S7-417 CPU，為DCS中控系統(tǒng)和ESD提供了至少30%以上的余量，以滿足項目后續(xù)開發(fā)的需求。為了與一期平臺形成無縫通訊，通訊協(xié)議按用戶的要求更換為過程控制常用的Modbus RTU、Modbus TCP等過程控制通訊協(xié)議。整個系統(tǒng)服務按照海上石油平臺建設的要求，取得了船級社的認證。

用專業(yè)與服務滿足需求

在階段性地完成了部分系統(tǒng)的組態(tài)、調試后，平臺建造及調試管理的現(xiàn)場技術負責人這樣評價這支西門子團隊：“西門子和其集成商團隊有豐富的工程經驗，*嫻熟的集成和組態(tài)能力令人印象深刻。我們配合得非常默契。這讓我想起了獲得*的德國足球隊，同樣源自德國，西門子工程團隊的專業(yè)實力和團隊協(xié)作精神是我前所未見的。”

在項目實施之前，鑒于西門子是*為中海油湛江分公司提供中控系統(tǒng)集成，項目技術負責人擔心的是工程實施是否順利，會不會耽誤整體項目的工期。

“海上石油開采中控系統(tǒng)所需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)和達到的功能要求，與陸地石油開采有很大的不同。為了確保按時完成目標，西門子工程技術人員和我們進行了充分、細致的交流，在軟件編程及組態(tài)方面做了大量的工作。”技術負責人說。

為了能夠大化地滿足用戶的操作習慣，西門子的工程師團隊用了一周時間學習原有平臺生產控制系統(tǒng)的配置，在界面風格、布局、邏輯操作等方面與其對接，更加符合使用者的操作習慣，讓用戶在日后的使用過程中不必再重新學習和適應。

在中控系統(tǒng)的安裝、連接階段，西門子團隊加班加點，積極配合中海油的工程項目組，在安裝、布線、調試等環(huán)節(jié)進行流程優(yōu)化，保證工程項目順利實施。

西門子通過自身的努力，終幫助中海油創(chuàng)造了一個新的記錄：該項目的實施工期由通常的28個月縮短為22個月。西門子以其豐富的經驗和高效的管理，僅用8周時間就完成了自動化系統(tǒng)的調貨、物流、安裝、組態(tài)、調試出廠等工作。在后續(xù)的陸上調試及海上調試作業(yè)中，自動化控制系統(tǒng)的建設任務高效完成，為油田順利投產打下了堅實的基礎。