內容編輯目前國內外以煤為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工廠(chǎng)中，采用了各種煤氣化工藝，如常壓固定床間歇氣化、魯奇碎煤加壓氣化、粉煤流化床氣化、粉煤氣流床氣化，包括Shell 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(guò)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(lèi)較多，發(fā)展較快，各種爐型在中國都有過(guò)實(shí)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(cháng)征化學(xué)工程股份有限公司開(kāi)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(pán)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?jì)x表自動(dòng)化技術(shù)應用情況進(jìn)行介紹。
1 工程設計
1.1 工程概況
本項目擬利用某煤業(yè)集團豐富的煤炭資源，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、氨合成、液氮洗、罐區、尿素裝置、硝酸裝置及硝銨裝置等主裝置和循環(huán)水場(chǎng)、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“爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規范”，上述裝置區除循環(huán)水場(chǎng)、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外，其余生產(chǎn)裝置均劃分為“2區”。氣化裝置生產(chǎn)原料為煤粉，生產(chǎn)過(guò)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、結晶等也是本工程儀表選型所考慮的主要問(wèn)題。
1.2 總體目標
本項目設置先井、可靠、完備的儀表和控制系統，以確保生產(chǎn)裝置安全、平穩、長(cháng)周期、高質(zhì)量的運行，實(shí)現企業(yè)的Zui大利潤?？傮w目標如下：
1）人員健康、安全及環(huán)境保護方面達到高的標準。
2）在過(guò)程檢測、常規控制及先井控制方面達到行業(yè)先井水平。
3）選用高性能、高可靠性和高性?xún)r(jià)比的儀表及控制系統，避免因儀表及控制系統故障引起裝置非計劃停工。
4）儀表與控制系統供應商具有優(yōu)良的信譽(yù)和集成化，具有良好的操作培訓支持和維護支持，實(shí)現Zui少的維護人員配置和Zui少的備品備件。
5）提供先井的工廠(chǎng)信息管理和控制一體化的數據平臺，做到信息準確、資源共享，為生產(chǎn)和營(yíng)銷(xiāo)決策提供實(shí)時(shí)、可靠的依據。
1.3 總體規劃
1.3.1 自動(dòng)控制水平
1）本設計遵循“技術(shù)先井、經(jīng)濟合理、運行可靠、操作方便”的原則。
2）本工程主生產(chǎn)裝置的監視、控制和管理由分散型控制系統（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（SIS）獨立于DCS系統單獨設置。
4）各中心控制室的主要控制系統均應設置與全廠(chǎng)管理網(wǎng)的通信接口，提供全廠(chǎng)生產(chǎn)運行管理層（MES）所需的數據和網(wǎng)絡(luò )結構基礎。
5 ） 本項目過(guò)程控制層包括分散控制系統（DCS）、安全儀表系統（SIS）、透平／壓縮機組控制系統（CCS）、可燃/有毒氣體檢測系統（GDS）和設備包控制系統（PLC）等部分。DCS系統是全廠(chǎng)控制系統的基礎，其他控制系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信將過(guò)程數據傳送到DCS。
1.3.2 控制室及機柜室的設置
1）概述
本工程采用中心控制室和現場(chǎng)機柜室（ F i e l dAuxiliary Room－FAR）分離設置方式。生產(chǎn)裝置的控制系統操作站設置在相應的中心控制室，過(guò)程控制單元設置在相應的現場(chǎng)機柜室。
現場(chǎng)儀表信號通過(guò)電纜連接到現場(chǎng)機柜室，從現場(chǎng)機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、監視、報警及報表等操作。
現場(chǎng)機柜室設置移動(dòng)工程師站，用于開(kāi)車(chē)前系統調試和維護等工作。
中心控制室設置各控制系統的工程師站，用于控制系統組態(tài)及維護。
2）中心控制室
中心控制室設置在非爆炸危險區域，采用抗爆結構。
本工程設置一個(gè)中心控制室，負責全廠(chǎng)各裝置的操作管理。
3）現場(chǎng)機柜室
現場(chǎng)機柜室設置在非爆炸危險區域，采用整體抗爆結構?，F場(chǎng)機柜室依據工廠(chǎng)總平面布置、與中心控制室的關(guān)系等條件，按裝置或多個(gè)生產(chǎn)單元聯(lián)合設置?，F場(chǎng)機柜室的設置靠近相應的工藝裝置，便于工程實(shí)施，合理減少電纜長(cháng)度、節省工程費用等。
現場(chǎng)機柜室包括機柜室、空調機室、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(shí)為避免控制系統內及系統間因非必要信息的大量傳輸而導致的網(wǎng)絡(luò )崩潰，采取如下網(wǎng)絡(luò )安全措施。
1）控制系統內的網(wǎng)絡(luò )安全
現場(chǎng)機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。各控制系統應采用分層控制網(wǎng)絡(luò )，各層之間應有嚴格的訪(fǎng)問(wèn)控制權限，采用冗余網(wǎng)絡(luò )交換機及冗余容錯技術(shù)，使通信節點(diǎn)具有多路徑選擇能力。
控制系統應具有網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的實(shí)時(shí)診斷功能。網(wǎng)絡(luò )交換機應具有預設置功能，使內部數據優(yōu)先通信，控制器信息應具有Zui高優(yōu)先級。
控制系統應具有域隔離功能。各網(wǎng)段間的通信采用有路由功能的網(wǎng)絡(luò )交換機，不應將服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò )交換機來(lái)使用。
控制系統網(wǎng)絡(luò )應設置防病毒服務(wù)器，控制系統應具有備份和恢復功能。
2）DCS 系統與第三方設備間的網(wǎng)絡(luò )安全
DCS 系統與第三方設備間的通信采用RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，不應將服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò )交換機來(lái)使用。網(wǎng)絡(luò )應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(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )與工廠(chǎng)信息網(wǎng)路通信安全
過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )與工廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )通信應采用防火墻隔離。
4）全廠(chǎng)各控制系統應設置時(shí)鐘同步設施。
1.3.4 系統集成
在中心控制室集成各DCS系統的過(guò)程控制網(wǎng)，并統一經(jīng)防火墻與工廠(chǎng)信息管理網(wǎng)連接。以太網(wǎng)是實(shí)現信息交換的主干網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )接口和通信要求必須保證速度快、負荷低、可靠、安全。SIS、CCS等系統具有各自特有的功能，在自成系統的同時(shí)，具有與DCS通信的功能。SIS、CCS等系統采用RS485接口，Modbus-RTU 協(xié)議與DCS進(jìn)行通信，通信接口冗余配置。
過(guò)程控制層和生產(chǎn)管理層采用OPC的通信方式，在過(guò)程控制層設置實(shí)時(shí)數據庫，為管理層的關(guān)系數據庫提供生產(chǎn)數據平臺。
1.4 控制系統設計原則
1.4.1 分散型控制系統（DCS）
DCS系統完成各生產(chǎn)裝置的基本過(guò)程控制、操作、監視、管理，順序控制、工藝聯(lián)鎖和部分先井控制等功能。
DCS系統由操作站、輔助操作臺、打印機、大屏幕顯示器、PC機、控制站、I/O 機柜、安全柵或/及端子柜、配電柜及網(wǎng)絡(luò )設備等組成。中心控制室設置工程師站用于組態(tài)維護，故障診斷等工作。各中心控制室設公共的硬件平臺及以太網(wǎng)接口用于連接全廠(chǎng)信息管理系統?？刂普九渲萌哂嗟拇型ㄐ沤涌谶B接SIS、CCS、GDS、設備包PLC等系統。
DCS系統采用冗余技術(shù)與自診斷技術(shù)，DCS系統的供電單元、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卡件應冗余配置。
1.4.2 安全儀表系統（SIS）
根據各生產(chǎn)裝置不同的特點(diǎn)，重要的安全聯(lián)鎖保護、緊急停車(chē)系統及關(guān)鍵設備聯(lián)鎖保護應設置SIS系統。SIS系統設置在現場(chǎng)機柜室，各裝置獨立設置控制器，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機組和關(guān)鍵設備的安全。SIS系統按照IEC61508 中規定的SIL3 級設計，采用由TUV 安全認證的雙重化、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(chē)（Emergency Shut-Down – ESD）。SIS系統按照故障安全型設計，與DCS系統實(shí)時(shí)數據通信,在DCS系統操作站上顯示報警及打印。SIS系統設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(guò)輔助操作臺上的開(kāi)關(guān)、按鈕和DCS系統的操作站來(lái)完成。
1.4.3 壓縮機控制系統（CCS）
根據生產(chǎn)裝置的需要， 設置壓縮機控制系統（CCS），完成壓縮機組的調速控制、防喘振控制、負荷控制及安全聯(lián)鎖保護等功能，并與裝置的DCS進(jìn)行通信使操作人員能夠在DCS上對機組進(jìn)行監視和控制。壓縮機控制系統采用三重化或雙重化的冗余、容錯系統。
對于較簡(jiǎn)單的機組控制（如往復式壓縮機），機組的監控可由DCS完成，機組的安全聯(lián)鎖保護由SIS完成。
1.4.4 可燃/有毒氣體檢測系統（GDS）
可燃氣體、有毒氣體檢測系統（GDS）以現場(chǎng)機柜室（FAR）（或生產(chǎn)裝置）為單位獨立設置。生產(chǎn)裝置內可能泄漏或聚集可燃、有毒氣體的地方，分別設有可燃、有毒氣體檢測器，根據其布置情況設置現場(chǎng)聲光報警設備，同時(shí)將信號接至GDS系統，GDS系統將信號通信至DCS系統，在中心控制室內設置專(zhuān)用的DCS操作站用于GDS系統的顯示報警。
1.4.5 設備包控制系統（PLC）
操作控制相對獨立或大型設備包的控制監視和安全聯(lián)鎖原則上采用獨立的設備包控制系統。與DCS系統進(jìn)行數據通信，操作人員能夠在DCS操作站上對設備包的運行進(jìn)行監視與操作。
設備包的現場(chǎng)儀表設計原則上與主裝置一致，現場(chǎng)控制盤(pán)的功能要盡量少。應統一設備包PLC系統的制造商，降低備品備件及生產(chǎn)維護費用。
1.5 儀表與自動(dòng)化設備
1.5.1 儀表選型與設計原則
1）一般原則
根據各裝置的生產(chǎn)規模、流程特點(diǎn)、操作要求和自動(dòng)控制水平，選擇技術(shù)先井、性能可靠、價(jià)格合理的儀表和自動(dòng)控制設備，供貨商應具有良好的售后服務(wù)和技術(shù)支持。
SIS用關(guān)鍵的現場(chǎng)儀表應獨立設置。
同時(shí)參與安全聯(lián)鎖和控制時(shí)，現場(chǎng)儀表應在現場(chǎng)分別獨立設置。當無(wú)法獨立設置時(shí)，采用信號分配器，現場(chǎng)儀表供電由SIS系統提供。
2）儀表防護
現場(chǎng)儀表的選用應滿(mǎn)足工廠(chǎng)所在地的地域氣候環(huán)境要求?，F場(chǎng)安裝的電子式儀表應至少滿(mǎn)足IEC60529和GB4208標準規定的IP65的防護等級，非電子式的現場(chǎng)儀表應至少滿(mǎn)足IP55的防護等級。
3）儀表防爆
所有現場(chǎng)安裝的電子式儀表應根據危險區域的等級劃分，選用符合IEC60079標準或GB3836標準，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）或相應分度的熱電偶。含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)配套耐磨型護套；設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。
溫度計保護套管的材質(zhì)根據工藝介質(zhì)的特性選取，應優(yōu)于管道（或設備）所用材質(zhì)；至少與管道（或設備）所用材質(zhì)相當。
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的專(zhuān)用溫度儀表。由于氣化爐反應溫度高，負荷大，尤其國內煤種類(lèi)型多，煤種不穩定，操作過(guò)程中爐膛溫度波動(dòng)大，溫度場(chǎng)分布不均，容易造成局部溫度過(guò)高，因此對氣化爐運行溫度控制的要求很高，如何快速準確的獲得氣化爐運行過(guò)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行和經(jīng)濟運行。高溫高壓測溫裝置設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，根據被測介質(zhì)的特性和使用環(huán)境，選用相應材質(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(dòng)場(chǎng)合，如泵的排出管線(xiàn)等，選用耐震壓力表。
對于強腐蝕性、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(dòng)壓力變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭遠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(kāi)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(dòng)差壓變送器，含煤粉、固體顆粒的介質(zhì)采用法蘭式遠傳差壓變送器或采用吹氣法測量方式。
1.5.4 流量?jì)x表
就地流量指示采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的金屬管轉子流量計。
一般干凈介質(zhì)（液體、氣體、蒸汽）的流量測量，根據工況不同分別選用國產(chǎn)標準節流裝置、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(chǎng)合，儀表公稱(chēng)直徑DN≤80mm，且要求精度不高于1.5級時(shí)，采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的帶遠傳指示的金屬管轉子流量計。
對于大口徑管道的流量測量，采用巴類(lèi)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(lái)的安裝、使用、維護等方面的困難。
1.5.5 液位儀表
就地液位指示采用磁翻板液位計。
大多數液面連續測量的場(chǎng)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。并根據使用場(chǎng)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(kāi)關(guān)或輻射式料位開(kāi)關(guān)以及采用合資（或引進(jìn)技術(shù)）生產(chǎn)的射頻導納式料位開(kāi)關(guān)。
1.5.6 分析儀表
根據工藝要求，采用不同的分析儀表對介質(zhì)進(jìn)行在線(xiàn)連續分析，如紅外線(xiàn)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(xiàn)分析儀應帶有網(wǎng)絡(luò )通信接口，能夠接入工業(yè)以太網(wǎng)（TCP／IP協(xié)議）構成在線(xiàn)分析儀系統；也可通過(guò)串行通信接口（Modbus-RTU）與DCS進(jìn)行數據通信。
在線(xiàn)分析儀一般選用單流路系統。如果不同流路的測量元件在相同范圍內，并且生產(chǎn)工藝對較長(cháng)的響應時(shí)間能夠接受時(shí)，可選用多流路氣體／液體分析儀。
1.5.7 調節閥
控制閥的選用根據工況，分別選用球型閥、蝶閥或調節閥。
氣化裝置中，煤粉加壓輸送系統中關(guān)鍵的切斷閥、三通閥、調節閥，灰渣系統的鎖渣閥、黑水調節角閥，氧氣及氧氣相關(guān)系統的切斷閥和調節閥等，均為隨工藝包配套提供的專(zhuān)有特種閥門(mén)。
2 安裝調試
煤氣化裝置工藝復雜，自動(dòng)化程度高，聯(lián)鎖邏輯及控制復雜，對操作要求很高。航天工程公司作為專(zhuān)業(yè)化工程公司，不僅為用戶(hù)提供工程設計服務(wù)，還提供開(kāi)車(chē)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試工作。為了確保一次開(kāi)車(chē)成功，著(zhù)重開(kāi)展了以下兩項工作。
2.1 建立操作員仿真培訓系統（OTS），開(kāi)展操作員仿真培訓
操作員仿真培訓系統主要應用于操作員工藝操作培訓、操作規程的完善、企業(yè)安全生產(chǎn)演練、事故演習、工藝狀況研究、操作員上崗前考核等工作，為用戶(hù)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程提供真實(shí)的模擬操作環(huán)境，目前越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始接受這種直觀(guān)的培訓和試驗手段。
OTS 模擬DCS 上的操作功能，實(shí)現生產(chǎn)裝置的仿真操作，用于培訓操作人員的操作技能，包括開(kāi)車(chē)、正常生產(chǎn)、正常停車(chē)、緊急停車(chē)、工藝切換和負荷調整等，并對操作人員的操作技能給予評估和考核。OTS系統使用獨立的內部局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)包括仿真計算機、教學(xué)工作站、培訓操作站和外圍設備等。OTS系統同時(shí)提供培訓操作軟件，開(kāi)發(fā)和維護仿真模型，進(jìn)行DCS 系統的組態(tài)。教學(xué)工作站軟件可建立表格、畫(huà)面和趨勢顯示，并能跟隨模型的仿真變量進(jìn)行變化。培訓操作站具有與DCS 系統操作站相同的功能。OTS 系統與DCS 系統組態(tài)相同，包括儀表位號、數據、報警、量程、回路說(shuō)明等；OTS 系統仿真模型的流程圖和趨勢畫(huà)面與DCS 系統相一致。
2.2 控制系統調試
煤氣化工藝聯(lián)鎖邏輯設計復雜嚴密，復雜控制回路多，為確保一次開(kāi)車(chē)成功，自控設計人員除了對系統組態(tài)進(jìn)行仔細的檢查外，還配合業(yè)主完成以下工作。
1）系統硬件功能測試：包括通電測試、冗余模塊自動(dòng)切換及在線(xiàn)插拔等功能測試。
2）I/O（輸入/輸出）通道測試：在裝置電纜連接結束后，進(jìn)行檢測回路的系統調校，主要工作包括核對信號的量程、工程單位，檢查卡件有無(wú)損壞、系統點(diǎn)組態(tài)是否正確、儀表是否調校準確、信號線(xiàn)是否接好等。
3）控制回路功能測試：測試時(shí)主要檢查回路的調節功能，例如正反作用方式、PID參數設定、測量跟蹤以及其他一些特定功能（如輸出限位等、無(wú)擾動(dòng)切換等）。
4）報警、聯(lián)鎖、順控系統功能測試：包括核對信號的報警、聯(lián)鎖值，測試時(shí)通過(guò)信號線(xiàn)短接、信號強制、信號旁路等手段，逐個(gè)條件進(jìn)行測試，判斷輸出信號與要求的信號是否一致。
5）系統整體調試：在試車(chē)的第二個(gè)階段，即聯(lián)動(dòng)試車(chē)階段，儀表全部投入運行，進(jìn)行系統整體調試，對系統軟硬件進(jìn)行全面檢查和確認。
本工程在各方努力下，按照項目整體進(jìn)度要求，有序開(kāi)展安裝調試工作，Zui終一次開(kāi)車(chē)成功，確保了項目的順利進(jìn)行。
3 運行維護
本工程一次開(kāi)車(chē)成功并順利投產(chǎn)后，儀表自動(dòng)化設備總體運行穩定可靠，提升了工廠(chǎng)的生產(chǎn)操作和管理水平，保障了裝置的正常運行。為了向用戶(hù)提供更深層次的服務(wù)，同時(shí)也為了滿(mǎn)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程服務(wù)系統的試點(diǎn)項目，本節內容對此系統進(jìn)行介紹。
3.1 概述
航天長(cháng)征化學(xué)工程股份有限公司作為煤氣化行業(yè)內典型的專(zhuān)業(yè)化工程公司，依托具有自主知識產(chǎn)權的先井煤氣化專(zhuān)Li技術(shù)和關(guān)鍵設備，專(zhuān)業(yè)從事煤氣化工程設計或工程總承包，在煤氣化工程領(lǐng)域形成了技術(shù)研發(fā)、工程設計、設備成套、工程管理及全生命周期服務(wù)的核心能力。隨著(zhù)公司煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，為了便于及時(shí)掌握各現場(chǎng)氣化裝置運行情況，進(jìn)行數據回歸和分析，優(yōu)化設計，為裝置長(cháng)周期運行提供保障，為用戶(hù)提供增值服務(wù)，同時(shí)為遠程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎和技術(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程服務(wù)中心，對各裝置現場(chǎng)進(jìn)行數據采集、運行情況監視、故障預判和遠程操作指導等工作。
3.2 系統總體功能設計
煤氣化裝置遠程服務(wù)系統的研究目的是為了便于公司及時(shí)掌握各現場(chǎng)氣化裝置運行情況，進(jìn)行數據回歸和分析，為優(yōu)化設計提供有力的數據支撐；同時(shí)進(jìn)行氣化裝置運行情況監視，及時(shí)作出故障預判，開(kāi)展遠程操作指導等工作，為裝置長(cháng)周期運行提供保障，為用戶(hù)提供增值服務(wù)；另外還可為將來(lái)開(kāi)展遠程故障診斷及智能控制提供技術(shù)基礎和技術(shù)儲備。
系統主要完成以下目標：
1）采集各地氣化裝置DCS過(guò)程數據，傳至北京遠程服務(wù)中心并存儲, 建立實(shí)時(shí)和歷史數據庫。
2）在北京遠程服務(wù)中心通過(guò)高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀(guān)的動(dòng)態(tài)顯示各地氣化裝置工藝流程的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數的趨勢畫(huà)面、報警信息，使工程技術(shù)人員及時(shí)掌握各地氣化裝置的運行情況。
3）北京遠程服務(wù)中心不具備操作功能，不參與控制，數據傳輸為單向數據傳輸，實(shí)現“監而不控”。
4）具備WEB瀏覽功能，授權人員可在各地隨時(shí)通過(guò)移動(dòng)終端（手機、iPAD等）、電腦等掌握現場(chǎng)裝置運行情況。
5）具有短信通知服務(wù)功能，重要報警信息及工藝參數自動(dòng)推送至相關(guān)授權人員手機上。
6）系統具備良好的可擴展性，滿(mǎn)足今后系統擴容的需要。
7）具備數據緩存功能，支持斷點(diǎn)續傳功能，當通訊網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，數據可保存一定時(shí)間，待故障消除后，自動(dòng)將數據上傳到北京監控中心數據庫。
8）具備完善的權限管理功能，實(shí)現分級管理。
3.3 數據采集、傳輸及應用系統設計
為保障系統安全性和可靠性，數據采集系統必須獨立于裝置操作運行層，和裝置現場(chǎng)控制層完全脫離，并通過(guò)VPN對采集的數據進(jìn)行傳輸。同時(shí)，為開(kāi)展各種應用服務(wù)功能，在總部設計一套氣化裝置運行數據信息綜合管理平臺，用于數據管理、信息發(fā)布等功能。
3.3.1 系統性能
3.3.1.1 安全性
系統安全性是本項目研究的重點(diǎn)，包括數據采集和傳輸。為了打消用戶(hù)出于安全方面的疑慮，保證數據采集和傳輸對控制系統的正常運行不會(huì )構成影響，本項目必須具備“監而不控”的功能，這就決定了必須采用單向數據傳輸的技術(shù)，不能向控制層傳送數據；同時(shí)，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，確保系統網(wǎng)絡(luò )安全，防止系統受到黑客的攻擊和病毒的侵擾，保證數據不被非法讀取和修改。
3.3.1.2 可靠性
本項目包括多個(gè)子系統，除了保證系統整體穩定可靠外，重點(diǎn)研究數據傳輸的可靠性，這是系統整體運行穩定可靠的基礎。
隨著(zhù)工業(yè)監控系統的發(fā)展，遠程監控的需求越來(lái)越多，而選擇Zui優(yōu)化的數據傳輸方式，可以提高數據傳輸安全性和穩定性，并Zui大化的節省費用。一般遠程監控通常采用無(wú)線(xiàn)方式，然而無(wú)線(xiàn)通訊比較容易受到干擾，GPRS等方式不能提供大數據量的穩定傳輸，無(wú)法突破城市之間的超遠距離遠程監控，難以滿(mǎn)足工業(yè)需求，同時(shí)如果數據傳輸量較大，則運行費用比有線(xiàn)方式貴很多。在這種情況下，采用VPN和OPC的方式是一個(gè)較為理想的選擇。
VPN（Virtual Private Network）是利用IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸私有信息而形成的邏輯網(wǎng)絡(luò )，從而為用戶(hù)提供高安全性，且比專(zhuān)線(xiàn)價(jià)格低廉的資源共享和互連服務(wù),它具有同客戶(hù)原有的私有網(wǎng)絡(luò )相同的安全性、優(yōu)先級特性、易管理性和穩定性。OPC則可以提供高速的數據傳輸性能，具有分布式COM的安全管理機制，并且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。結合VPN和OPC開(kāi)發(fā)的應用程序，不僅代碼數量少，而且可以遠程維護，非常適合本項目數據采集和傳輸的要求。
3.3.1.3 可擴展性
考慮到隨著(zhù)煤氣化裝置投產(chǎn)項目的逐漸增多，本項目方案不僅要滿(mǎn)足現階段監控系統的要求，同時(shí)還要滿(mǎn)足未來(lái)系統擴容時(shí)，仍然能夠滿(mǎn)足整體的技術(shù)要求。因此，在系統設計中，要符合行業(yè)標準和國際標準，重點(diǎn)考慮通用性和靈活性，以便在未來(lái)系統擴容時(shí)，無(wú)需更改或僅做少量更改即可滿(mǎn)足新的要求，并且不影響原系統的正常運行。
3.3.2 系統設計
建立遠程服務(wù)系統的目的是搭建一個(gè)以北京總部為中心，以各地煤氣化生產(chǎn)裝置現場(chǎng)實(shí)時(shí)過(guò)程控制數據為基礎的綜合信息管理平臺，實(shí)現對裝置的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，使管理層能夠就近、實(shí)時(shí)了解裝置的運行狀況，為技術(shù)研究及管理層管理決策提供可靠的依據，并為以后的技術(shù)升級、維護提供數據支撐。
遠程服務(wù)系統按項目要求為：裝置現場(chǎng)數據采集層、數據遠程傳輸、總部集中遠程服務(wù)平臺。
3.3.2.1 裝置現場(chǎng)數據采集系統
利用與實(shí)時(shí)數據庫配套的專(zhuān)用數據采集程序，通過(guò)智能單向隔離網(wǎng)閘，實(shí)現對裝置實(shí)時(shí)運行數據的單向采集，并將實(shí)時(shí)數據同步存儲到數據采集轉發(fā)服務(wù)器中。
智能單向隔離網(wǎng)閘是專(zhuān)為企業(yè)過(guò)程控制系統和管理信息系統之間進(jìn)行單向物理隔離而開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )安全隔離設備，負責從各個(gè)DCS中采集數據，送到實(shí)時(shí)數據庫中；隔離網(wǎng)閘集成了針對不同DCS系統設計的數據采集程序，同時(shí)以硬隔離的方式實(shí)現對控制系統的安全防護。
數據采集轉發(fā)服務(wù)器負責采集氣化裝置生產(chǎn)過(guò)程控制系統的數據，具備數據緩存功能，支持斷點(diǎn)續傳功能，保存實(shí)時(shí)數據和歷史數據。
3.3.2.2 VPN虛擬專(zhuān)網(wǎng)
借助公網(wǎng)專(zhuān)用技術(shù)，搭建數據上傳通道，保證數據傳輸的完整、穩定。在裝置現場(chǎng)與北京總部端分別部署VPN設備，搭建站點(diǎn)到站點(diǎn)的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。
目前提供專(zhuān)網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商國內主要是電信、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 )，各裝置現場(chǎng)一般根據當地情況選擇不同運營(yíng)商。通過(guò)在VPN設備上增加跨運營(yíng)商加速模塊來(lái)彌補現有接入系統可能會(huì )造成的網(wǎng)絡(luò )傳輸波動(dòng)。
3.3.2.3 總部系統設計
通過(guò)在北京總部部署實(shí)時(shí)數據庫與企業(yè)生產(chǎn)數字化管控平臺，實(shí)現裝置現場(chǎng)數據采集服務(wù)器采集數據與總部數據庫之間的通訊，利用STS接口協(xié)議，借助VPN虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現總部數據庫采集生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據，并圍繞總部數據庫展開(kāi)各種應用功能。
通過(guò)部署移動(dòng)客戶(hù)端應用服務(wù)支持程序，實(shí)現在手機、IPAD等智能移動(dòng)終端的瀏覽，不受移動(dòng)客戶(hù)端操作系統、品牌的限制。
通過(guò)在總部搭建內部辦公網(wǎng)絡(luò )，各工作站通過(guò)直接訪(fǎng)問(wèn)應用服務(wù)器實(shí)現各種管理應用，包括流程圖監視、流程圖回放、歷史趨勢查詢(xún)、報警事件記錄、報表生成與打印等。
生產(chǎn)裝置在日常運行的過(guò)程中，可能某幾個(gè)關(guān)鍵指標會(huì )對整個(gè)裝置的安全具有非常重要的影響，正常生產(chǎn)過(guò)程中，這幾個(gè)指標基本不會(huì )產(chǎn)生變化，但是一旦變化，將會(huì )對整個(gè)裝置的安全運行產(chǎn)生重要影響，由于其超限的概率極低，容易造成監控人員會(huì )對其數據變化產(chǎn)生麻痹大意，為了避免這種情況發(fā)生，系統支持對某些重要信息的短信推送，通過(guò)及時(shí)傳送給相關(guān)崗位領(lǐng)導或技術(shù)負責人員，及時(shí)處理，來(lái)避免安全事故的發(fā)生。
3.4 信息展示系統設計
在超大屏幕顯示系統項目中，需要對大屏幕上的圖像實(shí)時(shí)切換、拼接、放大顯示，拼接技術(shù)的應用已經(jīng)成為主流。
在本項目中，采用先井、成熟、實(shí)用、可靠的大屏幕投影顯示技術(shù)與設備，一方面可實(shí)時(shí)、真實(shí)、清晰、方便地將各地煤氣化裝置的運行情況、聯(lián)網(wǎng)的其他計算機信號和獨立的計算機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)導及專(zhuān)家及時(shí)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，它也作為公司遠程服務(wù)系統建設項目的一個(gè)亮麗的窗口，在對外宣傳及提升企業(yè)形象等方面起到獨特和重要的作用。
3.4.1 技術(shù)方案
大屏幕拼接顯示設備從出現至今的發(fā)展過(guò)程中相繼出現了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(chǎng)，同時(shí)，LED拼接顯示技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)。
遠程服務(wù)中心的大屏幕顯示單元主要用于流程畫(huà)面和關(guān)鍵數據參數的顯示，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據參數的顯示，因此不適合本項目；同時(shí)，由于房間縱深有限， LED顯示墻分辨率低，不適合近距離長(cháng)時(shí)間觀(guān)看，因此也不適合本項目。
綜合上述因素，根據本項目大屏幕顯示系統的技術(shù)需求，并結合現場(chǎng)實(shí)際情況，Zui終采用DLP拼接系統。
3.4.2 系統集成
本系統采用巴可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、屏幕、光源等，用于數據、流程畫(huà)面等信息展示。
拼接控制器：滿(mǎn)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(shí)現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用進(jìn)行全面管理，安排各類(lèi)應用顯示的區域和時(shí)間表；通過(guò)簡(jiǎn)單的路徑、圖標或模板實(shí)現窗口的打開(kāi)、關(guān)閉、移動(dòng)、縮放等應用操作；提供多級安全保障管理功能，可設置多種操作等級或權限。
集中控制系統：通過(guò)NEW IPAD觸摸屏對所需設備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，包括視頻信號切換、顯示模式調整、燈光分區及亮暗控制、窗簾和空調設備控制等。
4 工程創(chuàng )新總結
主要工程創(chuàng )新如下。
1）建立了操作員仿真培訓系統（OTS）
煤化工等大型流程化工行業(yè)在我國國民經(jīng)濟中的地位是非常重要的，其工藝設備逐漸大型化，自動(dòng)控制水平也越來(lái)越高，因而對生產(chǎn)運行人員的操作能力與水平有了更高的要求。通過(guò)使用仿真培訓系統，讓操作人員熟練掌握遇到一些常見(jiàn)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)保持預計的經(jīng)濟效益，減少能耗和設備維護費用。
2）建立了航天爐遠程服務(wù)系統
遠程服務(wù)系統是信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、數據通信技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結果，其應用領(lǐng)域十分廣泛。本系統投用后，工程技術(shù)人員在北京監控中心通過(guò)高分辨率液晶顯示器及DLP大屏幕，直觀(guān)動(dòng)態(tài)的監測各地煤氣化裝置工藝流程的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數的趨勢畫(huà)面、報警信息，及時(shí)掌握各地裝置的運行情況，有效的開(kāi)展了故障預判和遠程操作指導等工作，節約了大量往返奔波現場(chǎng)的成本。同時(shí)，用戶(hù)高管人員利用移動(dòng)終端隨時(shí)隨地掌握本廠(chǎng)煤氣化裝置運行情況，為用戶(hù)提供了增值服務(wù)。同時(shí)，本系統投用后，成為公司一個(gè)良好的展示平臺，尤其是一些潛在客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)公司時(shí)，可以讓客戶(hù)不必親臨裝置現場(chǎng)，即可了解各地氣化裝置的運行情況，加深客戶(hù)對公司技術(shù)能力的印象，提升客戶(hù)的滿(mǎn)意度。
