撫順石化“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”項目作為超大規模的示范工程和迄今為止東北地區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，并與S7-400FH系統聯合使用，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規模，形成“大煉油—大化工—大園區”的新格局并向“國內領先、世界一流”的大型煉化生產基地穩步邁進。

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的石化企業，標志著中國石油工業發展的“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基地戰略，撫順石化由此迎來了難得的發展契機。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、經濟責任和社會責任。

項目背景   
該廠將成為中國東北地區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 100 萬噸乙烯供應下游生產聚烯烴。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、石油一廠新區和化塑廠搬遷工程，是分別立項又相互聯系的煉油和化工綜合項目。

隨著我國石油工業的不斷發展，安全生產與節能環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，對肩負全廠生產重任的控制系統的性能也提出了更高的要求。控制系統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據庫，為廠級計算機信息管理和生產調度建立基礎。

       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，并且需要一名行業合作伙伴負責這一大型項目的自動化及安全系統實施。

DCS與SIS的一體化需求

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鎖和緊急停車，避免災難性事故的發生，采用SIS系統對重要裝置進行保護。眾所周知，DCS和SIS系統在煉油與化工裝置的控制中應用非常廣泛，以往這兩個系統多是由不同產商提供的、彼此相互獨立的，需要單獨的系統設計和各自的組態軟件完成系統開發，維護方式也是不同的。當系統間需要數據交換時，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系統選用具有冗余容錯性的SIMATIC S7-400FH控制器，內置完全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，對現場儀表和執行裝置進行單模塊、雙模塊和三重化模塊配置，完成IEC61511安全規范規定中的安全儀表功能。這樣SIMATIC PCS 7與S7-400FH系統將基本過程控制系統與安全儀表系統完全整合在一起，這樣既可以減少投資，又可簡化系統設計、開發與維護工作，且能更好地滿足國際安全標準規定的等級要求。

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（DCS）的操作界面上顯示全部的安全相關工藝和維護診斷數據，便于統一的數據管理。既節省成本，也避免了由于DCS和SIS屬于不同的供應商而產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）用于系統的工程組態、調試、開車和服務。

系統描述

經過 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”項目自動化系統的主供應商，采用SIMATIC PCS 7作為全廠DCS系統，并與S7-400FH系統聯合使用，構成DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案。這一聯合煉油廠是世界上采用 SIMATIC PCS 7 作為主自動化系統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，實現對所有生產設備的整體控制與監視歸檔，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總線以及工業以太網通信技術構建完整的自動化控制體系。

SIMATIC PCS 7集散控制系統是集DCS、SIS、AMS、PLC以及遠程IO為一體的新型全集成控制系統，具有分散控制、集中管理、控制裝置和現場儀表全數字化、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的發展方向。

整個系統的結構可以分為3層。

①控制器層：通過現場總線層實現對現場儀表的監測和輸出控制。

②系統網絡層：所有現場控制器、服務器、工程師站、操作員單站通過系統網絡連接到一起。

③終端網絡層：所有服務器、客戶機操作員站通過終端網絡層連接到一起，客戶機操作員站通過服務器獲得控制器層的數據并將操作員指令傳達到控制器。

為了滿足高可用性要求，系統進行了全冗余容錯的配置：控制器，I/O模塊，系統總線，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無擾動切換，在冗余控制器同時故障時，系統輸出保持在最后的輸出值上或預定的故障安全狀態值上。基于柔性模件冗余（FMR）技術的安全系統S7-400FH，其多路容錯性能允許系統多個故障發生而不會造成裝置的誤停車。

上位機系統采用客戶機/服務器結構，其中客戶機用于對現場控制設備的監視和操作，服務器可完成生產過程的數據記錄與歸檔。操作員站、工程師站和自動化系統站與控制系統之間采用西門子SIMATIC NET 冗余光纖環網作為通訊網絡，通信速率高達1Gbps，有效保證了海量數據高速傳輸的需求，在環型網絡的某一個節點出現故障時，環形網絡會在0.3秒內重建通訊通道。

項目現場大量的智能儀表采用的是Hart協議。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 系統中，對過程儀表的狀態進行實時的監測，還提供對現場儀表的過程值檢測、設備診斷與維護、基本設置、詳細參數設置等等功能。在一個現場儀表的數據連接到PDM的數據庫中后，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。

系統配置

1000萬噸/年煉油裝置包括：撫順石化公司石油二廠內新建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、原油罐區消防設施、中間原料油罐區、污水處理場、循環水場、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輔助設施。還包括石油一廠新區及化塑廠搬遷部分：搬遷石油一廠新區酮苯脫蠟裝置兩套、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內。

煉油裝置系統配置：

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個現場控制站（FRR）分別配有：

1臺工程師站
1臺操作站
1臺資產管理站
（圖20）

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#循環水場、2#循環水場、生產生活消防水站、壓力罐區、常壓罐區、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輔助設施。

乙烯裝置系統配置：

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
（圖25；圖24；圖26）

強強聯合走向未來

目前，經過緊張的建設和調試，“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已經幫助撫順石化的煉油裝置在產品收率和產品質量方面達到設計值。經過產品技術培訓、系統培訓、操作員培訓之后，現場人員可以熟練掌握系統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規模，形成“大煉油—大化工—大園區”的新格局并向“國內領先、世界一流”的大型煉化生產基地穩步邁進。

 

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