撫順石化“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”項目作為超大規(guī)模的示范工程和迄今為止東北地區(qū)最大的煉化一體化工程，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。在西門子全集成解決方案的保駕護航下，撫順石化完成了預期的生產(chǎn)規(guī)模，形成“大煉油—大化工—大園區(qū)”的新格局并向“國內(nèi)領先、世界一流”的大型煉化生產(chǎn)基地穩(wěn)步邁進。
中國石油撫順石化公司石油二廠
撫順石化是一家具有悠久歷史與光榮傳統(tǒng)的石化企業(yè)，標志著中國石油工業(yè)發(fā)展的“五朵金花”中的“三朵”，即催化裂化、催化重整和延遲焦化在這里綻放著耀眼的光芒。近年來，國家積極推行振興東北工業(yè)基地戰(zhàn)略，撫順石化由此迎來了難得的發(fā)展契機。2006 年，中石油決定投資 24 億歐元在撫順建立煉油石化廠，由中石油撫順石化公司運營。作為振興遼寧老工業(yè)基地的“標志性工程”、撫順市的“希望工程”，“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”項目落戶撫順石化公司石油二廠，在給人們帶來美好希望的同時也承載著重要的政治責任、經(jīng)濟責任和社會責任。
項目背景
該廠將成為中國東北地區(qū)最大的煉油石化基地。該廠每年加工原油量將達到 1000 萬噸，并且每年生產(chǎn) 100 萬噸乙烯供應下游生產(chǎn)聚烯烴。這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(diào)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，是分別立項又相互聯(lián)系的煉油和化工綜合項目。
隨著我國石油工業(yè)的不斷發(fā)展，安全生產(chǎn)與節(jié)能環(huán)保正在受到日益重視。撫順石化“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”項目生產(chǎn)流程長、工藝復雜，又有大量易燃、易爆危險裝置，安全要求極高，對肩負全廠生產(chǎn)重任的控制系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求。控制系統(tǒng)和儀表不僅要采用最新的技術、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(chǎn)調(diào)度建立基礎。
中石油希望提高該廠運營效率及安全水平。全廠將通過單獨的控制室進行控制，實現(xiàn)高度自動化，提高人力資源利用效率。采用技術最先進的熱交換器從熱液和煙氣中提取廢棄能源，供應全廠。另外工廠安全及排放成為關注重點，并且需要一名行業(yè)合作伙伴負責這一大型項目的自動化及安全系統(tǒng)實施。
DCS與SIS的一體化需求
為了確保生產(chǎn)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，采用SIS系統(tǒng)對重要裝置進行保護。眾所周知，DCS和SIS系統(tǒng)在煉油與化工裝置的控制中應用非常廣泛，以往這兩個系統(tǒng)多是由不同產(chǎn)商提供的、彼此相互獨立的，需要單獨的系統(tǒng)設計和各自的組態(tài)軟件完成系統(tǒng)開發(fā)，維護方式也是不同的。當系統(tǒng)間需要數(shù)據(jù)交換時，多采用硬接線的方式，由此給用戶帶來了很多不便與隱患。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(nèi)置完全冗余設計及自診斷功能，能對內(nèi)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)完全整合在一起，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，且能更好地滿足國際安全標準規(guī)定的等級要求。
而且，S7-400FH的單個CPU就能達到SIL3的安全等級要求；既滿足安全功能上的獨立需求，又可以在集散控制系統(tǒng)（DCS）的操作界面上顯示全部的安全相關工藝和維護診斷數(shù)據(jù)，便于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。既節(jié)省成本，也避免了由于DCS和SIS屬于不同的供應商而產(chǎn)生的接口兼容性問題。
此外，簡便易用的安全生命周期軟件工具-SIMATIC安全矩陣（SAFETY MATRIX）用于系統(tǒng)的工程組態(tài)、調(diào)試、開車和服務。
系統(tǒng)描述
經(jīng)過 18 個月的技術驗證和激烈的競爭篩選，撫順石化最終選定西門子為“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”項目自動化系統(tǒng)的主供應商，采用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。這一聯(lián)合煉油廠是世界上采用 SIMATIC PCS 7 作為主自動化系統(tǒng)的最大型集成式煉油及乙烯工廠。
在本項目中，遵循西門子全集成自動化(TIA)設計理念，以SIMATIC PCS 7為核心將煉油與乙烯的工藝裝置和公用工程、輔助設施等均納入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對所有生產(chǎn)設備的整體控制與監(jiān)視歸檔，并利用 AS 400H、400FH自動化站、ET200M系列I/O（含標準模塊與F模塊）、PROFIBUS總線以及工業(yè)以太網(wǎng)通信技術構建完整的自動化控制體系。
SIMATIC PCS 7集散控制系統(tǒng)是集DCS、SIS、AMS、PLC以及遠程IO為一體的新型全集成控制系統(tǒng)，具有分散控制、集中管理、控制裝置和現(xiàn)場儀表全數(shù)字化、安裝方便、成本低和維護管理智能化等特點，它代表了當今控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
整個系統(tǒng)的結構可以分為3層。
①控制器層：通過現(xiàn)場總線層實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的監(jiān)測和輸出控制。
②系統(tǒng)網(wǎng)絡層：所有現(xiàn)場控制器、服務器、工程師站、操作員單站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡連接到一起。
③終端網(wǎng)絡層：所有服務器、客戶機操作員站通過終端網(wǎng)絡層連接到一起，客戶機操作員站通過服務器獲得控制器層的數(shù)據(jù)并將操作員指令傳達到控制器。
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為了滿足高可用性要求，系統(tǒng)進行了全冗余容錯的配置：控制器，I/O模塊，系統(tǒng)總線，和服務器的各個層次的冗余；過程控制站的控制卡和控制用的I/O卡必須按1:1冗余配置；包括設備冗余和工作性能冗余；DCS系統(tǒng)的卡件具有帶電插拔功能（包括控制器卡、通信卡、各類I/O卡）；系統(tǒng)可以在線升級和擴展，支持遠程I/O功能；能夠在線故障診斷、自動切換；當主控制器故障時可以實現(xiàn)無擾動切換，在冗余控制器同時故障時，系統(tǒng)輸出保持在最后的輸出值上或預定的故障安全狀態(tài)值上?；谌嵝阅＜哂啵‵MR）技術的安全系統(tǒng)S7-400FH，其多路容錯性能允許系統(tǒng)多個故障發(fā)生而不會造成裝置的誤停車。
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(chǎn)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(wǎng)作為通訊網(wǎng)絡，通信速率高達1Gbps，有效保證了海量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨螅诃h(huán)型網(wǎng)絡的某一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，環(huán)形網(wǎng)絡會在0.3秒內(nèi)重建通訊通道。
項目現(xiàn)場大量的智能儀表采用的是Hart協(xié)議。西門子的過程設備管理軟件PDM對多達幾十個主流廠商、上千種Hart設備都能夠很方便地整合到PCS7 系統(tǒng)中，對過程儀表的狀態(tài)進行實時的監(jiān)測，還提供對現(xiàn)場儀表的過程值檢測、設備診斷與維護、基本設置、詳細參數(shù)設置等等功能。在一個現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)連接到PDM的數(shù)據(jù)庫中后，通過PDM就可以對此智能儀表進行診斷、設定等等操作。PDM功能包括設備的回路測試、自檢功能和變送器校準等。
系統(tǒng)除了自身擁有強大的通信能力以外，還需具備與各種第三方產(chǎn)品進行通信的能力。如與第三方設備進行RS232/485(MODBUS RTU)通信；與APC先進控制器的通信；為廠級MES系統(tǒng)和ERP提供標準的OPC接口等等。
此外，項目還設計建立了GDS，CAS，OPC，AMS，CCTV和時鐘同步系統(tǒng)。
系統(tǒng)配置
1000萬噸/年煉油裝置包括：撫順石化公司石油二廠內(nèi)新建180萬噸/年柴油加氫精制裝置、200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置、6萬Nm3/h制氫、50萬噸/年烴重組裝置、異地改擴建800萬噸/年常減壓蒸餾裝置（北蒸餾）、240萬噸/年延遲焦化、80萬噸/年汽、煤油加氫精制裝置及8000噸/年硫磺回收等裝置，以及配套的原油罐區(qū)、原油罐區(qū)消防設施、中間原料油罐區(qū)、污水處理場、循環(huán)水場、空壓站、消防泵站及泡沫站、煉油管控中心等公用工程及生產(chǎn)輔助設施。還包括石油一廠新區(qū)及化塑廠搬遷部分：搬遷石油一廠新區(qū)酮苯脫蠟裝置兩套、石蠟加氫裝置兩套、石蠟成型裝置一套、潤滑油精制裝置一套和化塑廠苯乙烯裝置一套至石油二廠廠區(qū)內(nèi)。
煉油裝置系統(tǒng)配置：
DCS冗余控制器S7-400H：51對；I/O：11500點
SIS冗余控制器S7-400FH：10對；I/O：4000點
中央控制室（CCR）中配有：
OS服務器4對
中央歸檔服務器1臺
資產(chǎn)管理器2臺
OPC服務器1臺
Web服務器2臺
防病毒服務器1臺
DCS操作站61臺
SIS操作站5臺
工程師站12臺
12個現(xiàn)場控制站（FRR）分別配有：
1臺工程師站
1臺操作站
1臺資產(chǎn)管理站
煉油裝置系統(tǒng)配置
80萬噸/年乙烯裝置（含汽油加氫），其下游配套建設40萬噸/年芳烴抽提裝置、16萬噸/年丁二烯裝置、4萬噸/年丁烯-1裝置（包括MTBE）、45萬噸/年線性低密度聚乙烯、35萬噸/年高密度聚乙烯裝置、30萬噸/年聚丙烯裝置、20萬噸/年丁苯橡膠裝置以及相應的1#循環(huán)水場、2#循環(huán)水場、生產(chǎn)生活消防水站、壓力罐區(qū)、常壓罐區(qū)、空壓空分裝置、污水處理、中央控制室、中央實驗室等公用工程及生產(chǎn)輔助設施。
乙烯裝置系統(tǒng)配置：
DCS冗余控制器S7-400H：46對；I/O：29300點
SIS冗余控制器S7-400FH：14對；I/O：8400點
OS冗余服務器：9對
中央歸檔服務器：4臺
OPC服務器：8臺
操作站：100臺
工程師站：16臺
AMS站：16臺
乙烯裝置系統(tǒng)配置
強強聯(lián)合走向未來
目前，經(jīng)過緊張的建設和調(diào)試，“撫順千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項目的全部裝置已于2012年9月正式投入生產(chǎn)運行。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(jīng)幫助撫順石化的煉油裝置在產(chǎn)品收率和產(chǎn)品質(zhì)量方面達到設計值。經(jīng)過產(chǎn)品技術培訓、系統(tǒng)培訓、操作員培訓之后，現(xiàn)場人員可以熟練掌握系統(tǒng)的日常操作及故障排查。在西門子全集成解決方案的保駕護航下，撫順石化將達到預期的生產(chǎn)規(guī)模，形成“大煉油—大化工—大園區(qū)”的新格局并向“國內(nèi)領先、世界一流”的大型煉化生產(chǎn)基地穩(wěn)步邁進。
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