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(yīng)市場(chǎng)變化的需求，如何早于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)，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(biāo)。這些任務(wù)看似艱巨，但并非是不能夠完成。簡(jiǎn)而言之，這些目標(biāo)都可以通過西門子產(chǎn)品、解決方案、服務(wù)及我們?cè)诟餍袠I(yè)的專業(yè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。“工欲善其事，必先利其器”，西門子產(chǎn)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(xiàng)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(dòng)化儀表為項(xiàng)目的順利運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項(xiàng)目

“千萬噸煉油，百萬噸乙烯”項(xiàng)目是一個(gè)特大型煉油化工一體化項(xiàng)目，項(xiàng)目集中原油加工、煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)改造工程、100萬噸/年乙烯技術(shù)改造工程、熱電廠“以大代小”擴(kuò)能改造工程及配套項(xiàng)目、石油一廠新區(qū)和化塑廠搬遷工程，是分別立項(xiàng)又相互的煉油和化工綜合項(xiàng)目。該項(xiàng)目生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜，又有大量易燃、易爆危險(xiǎn)裝置，安全要求*，對(duì)肩負(fù)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?？刂葡到y(tǒng)和儀表不僅要采用新的技術(shù)、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(shù)要求，除基本的過程控制和檢測(cè)外，還要建立全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，為廠級(jí)計(jì)算機(jī)信息管理和生產(chǎn)調(diào)度建立基礎(chǔ)。

圖1：中國(guó)石油撫順石化公司項(xiàng)目裝置

過程控制與安全控制的融合

面對(duì)項(xiàng)目提出的巨大挑戰(zhàn)，西門子利用自己在自動(dòng)化領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，依靠具有豐富經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，為撫順石化的煉化和化工項(xiàng)目提供了節(jié)能降耗、靈活耐用，便捷高效的自動(dòng)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(gòu)成DCS/SIS的一體化無縫集成解決方案。

表：自動(dòng)控制系統(tǒng)概況

為了確保生產(chǎn)裝置的人員和設(shè)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(zāi)難性事故的發(fā)生，項(xiàng)目采用SIS系統(tǒng)對(duì)重要裝置進(jìn)行保護(hù)，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(cuò)性的SIMATIC S7-400FH控制器，內(nèi)置*冗余設(shè)計(jì)及自診斷功能，能對(duì)內(nèi)部及外部的故障進(jìn)行快速而有效的診斷，通過不同的模塊冗余（FMR）方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行裝置進(jìn)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(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)與維護(hù)工作，且能更好地滿足安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級(jí)要求。

上位機(jī)系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，其中客戶機(jī)用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的監(jiān)視和操作，服務(wù)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(dòng)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(luò)，通信速率高達(dá)1Gbps，有效保證了海量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?，在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)會(huì)在0.3秒內(nèi)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(jīng)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(chǎn)，產(chǎn)品收率、質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)值，確保工廠可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

過程儀表遍布生產(chǎn)流程

控制系統(tǒng)猶如工廠中的“神經(jīng)中樞”，管理著生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。而過程中配備的每一個(gè)自動(dòng)化過程儀表，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集等工作。自動(dòng)化過程儀表遍布在生產(chǎn)過程中，就好比是生產(chǎn)過程中的“手足”。自動(dòng)化過程儀表的性能優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)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(xiàng)目總共使用了SIPART PS2智能電氣閥門定位器4000臺(tái)，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(dá)物位計(jì)SITRANS LR460，音叉物位開關(guān)SITRANS LVS200和音叉液位開關(guān)SITRANS LVL200，超聲波流量計(jì)SITRANS FUS。這些過程儀表在變溫控溫、流量監(jiān)測(cè)、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(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目運(yùn)行輕松無憂。

以自動(dòng)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(xiàng)目中，使用的閥門有數(shù)千個(gè)，而每一個(gè)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(dòng)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(duì)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(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的同時(shí)，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(chǎng)占有主導(dǎo)地位的自動(dòng)化過程儀表供應(yīng)商，西門子的SIPART PS2智能電氣閥門定位器正是為實(shí)現(xiàn)該目的，量身定做的自動(dòng)化過程儀表。

圖2：項(xiàng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的自動(dòng)化過程儀表，并且具有性能可靠、操作便捷等優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的閥門定位器采用噴嘴--擋板結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，噴嘴擋板結(jié)構(gòu)中的噴嘴仍然在排氣狀態(tài)，會(huì)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(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，關(guān)閉壓電閥，其儀表空氣的消耗量基本為零。這一技術(shù)將使得作為閥門定位器動(dòng)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(shí)現(xiàn)了企業(yè)提出的節(jié)約成本的目標(biāo)。

西門子SIPART PS2智能電氣閥門定位器可以對(duì)閥門進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，通過檢測(cè)閥門各項(xiàng)參數(shù)并實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)的處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，報(bào)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(duì)閥門工作是否正常做出判斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的預(yù)防性維護(hù)，大大減少了不必要的定期維護(hù)，為企業(yè)節(jié)約了人力物力，降低了成本。

（PCS）、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測(cè)系統(tǒng)（FGS）3套獨(dú)立的控制系統(tǒng)。西門子負(fù)責(zé)4個(gè)平臺(tái)全部控制系統(tǒng)的硬件供貨、安裝、組態(tài)、調(diào)試等自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施工作,并于2015年10月成功交付使用。

用技術(shù)和質(zhì)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(tái)群或依托原有設(shè)施進(jìn)行開發(fā)，且平臺(tái)之間遠(yuǎn)近不同，需要保證平臺(tái)之間暢通無阻的實(shí)時(shí)通訊。因此，處理各種儀器儀表現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)、發(fā)出指令、實(shí)現(xiàn)工作流程自動(dòng)化控制的中控系統(tǒng)是海上采油平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備。

在此項(xiàng)目中，西門子共為4個(gè)平臺(tái)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(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）以及火氣探測(cè)系統(tǒng)（FGS），各系統(tǒng)都基于統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)。

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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的精準(zhǔn)、快捷控制。同時(shí),它具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊功能，以其靈活的模塊化冗余和擴(kuò)展性，完成紛繁復(fù)雜的控制策略，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和成本控制，并兼?zhèn)湎到y(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)便明了、備件成本真實(shí)可控的優(yōu)點(diǎn)。

“PCS 7系統(tǒng)架構(gòu)具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性，通訊功能能夠滿足平臺(tái)之間的即時(shí)通訊和。即便后期在現(xiàn)有項(xiàng)目上繼續(xù)擴(kuò)建，新的平臺(tái)也能夠無縫納入到系統(tǒng)中來，不會(huì)產(chǎn)生任何斷裂。”西門子項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)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(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)的真正集成。”

中海油對(duì)PCS 7也給予了充分肯定。中海油湛江分公司潿洲項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人評(píng)價(jià)PCS 7控制系統(tǒng)的高品質(zhì)是保證項(xiàng)目順利實(shí)施的重要因素。無論是在工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，還是在正式運(yùn)行階段，PCS 7以其過硬的質(zhì)量和*的性能順利地實(shí)現(xiàn)了所有的預(yù)想。

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

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

海上石油平臺(tái)在生產(chǎn)過程中伴隨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是要預(yù)防火災(zāi)、可燃?xì)怏w泄漏，應(yīng)對(duì)海上惡劣天氣等特殊情況的發(fā)生。不僅在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要滿足規(guī)范要求，也要求在控制上實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，否則可能造成人員傷亡、破壞環(huán)境、設(shè)施損壞等嚴(yán)重后果。

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

同時(shí)，西門子更是在諸多細(xì)節(jié)上為該項(xiàng)目提供了優(yōu)的服務(wù)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(hù)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(xiàng)目后續(xù)開發(fā)的需求。為了與一期平臺(tái)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(gè)系統(tǒng)服務(wù)按照海上石油平臺(tái)建設(shè)的要求，取得了船級(jí)社的認(rèn)證。

用專業(yè)與服務(wù)滿足需求

在階段性地完成了部分系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試后，平臺(tái)建造及調(diào)試管理的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人這樣評(píng)價(jià)這支西門子團(tuán)隊(duì)：“西門子和其集成商團(tuán)隊(duì)有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，*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(guó)足球隊(duì)，同樣源自德國(guó)，西門子工程團(tuán)隊(duì)的專業(yè)實(shí)力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神是我前所未見的。”

在項(xiàng)目實(shí)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(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人擔(dān)心的是工程實(shí)施是否順利，會(huì)不會(huì)耽誤整體項(xiàng)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(dá)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(shí)完成目標(biāo)，西門子工程技術(shù)人員和我們進(jìn)行了充分、細(xì)致的交流，在軟件編程及組態(tài)方面做了大量的工作。”技術(shù)負(fù)責(zé)人說。

為了能夠大化地滿足用戶的操作習(xí)慣，西門子的工程師團(tuán)隊(duì)用了一周時(shí)間學(xué)習(xí)原有平臺(tái)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的配置，在界面風(fēng)格、布局、邏輯操作等方面與其對(duì)接，更加符合使用者的操作習(xí)慣，讓用戶在日后的使用過程中不必再重新學(xué)習(xí)和適應(yīng)。

在中控系統(tǒng)的安裝、連接階段，西門子團(tuán)隊(duì)加班加點(diǎn)，積極配合中海油的工程項(xiàng)目組，在安裝、布線、調(diào)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行流程優(yōu)化，保證工程項(xiàng)目順利實(shí)施。

西門子通過自身的努力，終幫助中海油創(chuàng)造了一個(gè)新的記錄：該項(xiàng)目的實(shí)施工期由通常的28個(gè)月縮短為22個(gè)月。西門子以其豐富的經(jīng)驗(yàn)和高效的管理，僅用8周時(shí)間就完成了自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)貨、物流、安裝、組態(tài)、調(diào)試出廠等工作。在后續(xù)的陸上調(diào)試及海上調(diào)試作業(yè)中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)高效完成，為油田順利投產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。