大型煤化工SIS与DCS通讯解决方案
大型煤化工项目SIS与DCS通信控制方案
前言：
本类项目现场控制设备种类繁多，不同工段工艺要求不同，对应的设备种类也不同，阀门类设备应用类型横跨火力发电，电力冶金，石化，大型煤化工等行业，电机类同样广泛使用了目前多个典型行业所用电机种类。在气化工段锁渣系统，液氮洗（分子筛）系统，SIS和DCS通讯调试等重、难点阶段出现了很多问题，造成调试进度周期延长。而这些问题，都是一些可能重复出现的，因此总结出本文，希望能为本项目尾期调试、我公司其他大型煤化工项目等提供一些可借鉴的经验，增强团队的工作效率。
现场设备调试类：
本次总结就目前阶段调试中碰见的一些常见问题进行一次简单的总结，以在尾期调试中出现类似问题时能高效的进行调试作业。（详细见附件《调试篇-总结第二阶段.xls》一文）
DCS与SIS双向多方式通讯总结：
本次总结不再对通讯协议等通讯本身进行总结，如有需要，可参考我之前写过的关于本项目modbus通讯相关总结（详见附件《2.通讯总结相关.7z》压缩包内相应内容）。
今次总结，重点介绍SIS(以气化炉C路为例)系统跟DCS的双向多种通讯，正文如下：
modbus通讯类：
modbus类AI读82DIO读413DO写11DI8硬接线类DO3
1.AI类：本类型主要信号为SIS开车/停车时对应步序中间点，SIS停车所需AI测点等模拟量（如开停
车所需的AI点都是进SIS，而这部分测点，如果是DCS侧如果没有对应逻辑，那么SIS就已通讯的方式送DCS，如果DCS有连锁逻辑涉及到的AI测点，那么SIS采取1分2分配器的方式将信号送给DCS），本部分通讯信号仅用于画面数字的监视。通过位号前加SIS前缀的形式区别与DCS测点。本项目，此类型号共计82个，其中5个信号为时间中间变量（用于显示当前步序消耗时间），13个信号为阀门开度信号（用于SIS系统阀门限位3oo2或者2oo2信号判断）。其他信号为开停车条件判断所需信号。2.DIO类：本类信号，分3大类。第一类，用于监控阀门的状态：所有SIS通讯送过来的阀门状态点，
DCS均使用阀检功能块统一读取（以便于开关限位信号3oo2或者2oo2的信号判断），统一了画面上阀门的状态颜色显示。而该类电磁阀“得电/失电”通过原阀门上加SIS的方式实现和DCS侧控制的同类型阀门的区别。第二类：用于显示SIS当前开停车顺控逻辑的每一个条件的状态（对应有专门的画面，画面和SIS测HMI画面保持一致）。
3.DO写类：本类通讯点分两大类型：第一类，有3个阀门的电磁阀得电，可以由DCS发送“得电”指
令（此类阀门为辅助阀门，不涉及可能造成安全跳车等问题）。第二类：用于DCS通过modbus发送写DO的方式，向SIS发送顺控逻辑的启动，复位等置位类中间点通讯（此类设备为SIS开车顺控用中间点，不涉及停车信号）。本类信号共计11个。
硬接线通讯：
DI硬件点：用于在SIS侧开车顺控期间时，如果到达某一个阶段，则需要DCS侧控制的阀门配合进行一个开度置值的信号，此时DCS侧控制阀门的开度，SIS侧控制电磁阀的得失电。
DO硬件点：本类测点共计3个，用于当前工况的综合判断，然后输出信号给SIS进行逻辑处理以判断是否达到全厂跳车条件。
特殊点：
1.由于ICS硬件特性，其DO模块送出来的信号都是有源信号，对应我方DI模块，应该设置为不配电（短
接片跳线实现）方式。本项目所有DI信号的配电方式，仅此处DI信号为不向外配电。
2.无论是modbus通讯，还是硬接线，其DO写位号，并不是所有的位号都是使用脉冲/长信号来进行
命令的发送的。特别是涉及到和氧阀有关的阀门，此处需要特别关注（具体请参考201*0725以后任意一次项目备份）。
3.本项目modbus通讯点很多，因此除去关注DCS侧modbus主站通讯速率，也要关注ICS侧modbus
从站通讯因通信量较大对ICS本身任务周期的影响，SIS对任务周期有严格的规范要求。
本次总结到此结束，《调试篇-总结第二阶段.xls》一文将在后期继续完善补充，附件《2.通讯总结相关.7z》已经完成，不再修改。
扩展阅读：holleywell 在煤制sis dcs
霍尼韦尔的DCS、SIS、CCTV系统
在神华包头煤制烯烃项目中的应用
摘要：简单介绍了神华包头煤制烯烃项目中应用的霍尼韦尔公司的DCS、SIS、CCTV等主要产生监控系统的系统结构，以及各系统间的集成。并介绍了生产调度指挥中心如何实现全厂生产数据的采集、数据处理及显示。
关键词：控制系统；数据采集；实时数据库1引言
神华包头煤制烯烃项目，于201*年12月获得国家发展和改革委员会核准，总投资165亿元，是迄今为止经国家核准的唯一的煤制烯烃项目，也是世界首套煤制烯烃工业化生产示范基地。项目建设规模：180万吨/年煤制甲醇、60万吨/年甲醇制烯烃、30万吨/年聚乙烯、30万吨/年聚丙烯、4套6万立方米/小时空分制氧、3套480吨/小时蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工程等。核心技术采用国内自主知识产权的甲醇制烯烃技术，其他主要工艺装置均采用世界先进的煤化工/石油化工技术，包括GE水煤浆气化技术、德国林德公司低温甲醇洗技术、英国DAVY公司甲醇合成技术、美国DOW公司聚丙烯技术、美国UNIVATION公司聚乙烯技术等。2主自动化控制系统采购原则
为了确保系统的完整性、协调性和工程进度，本项目控制系统的采购采用了MAV（MainAutomaticVenders）方式。MAV与业主签订框架协议，在项目执行中由EPC与MAV供货商分别签署采购合同。最终霍尼韦尔公司中标。
MAV的供货范围包括DCS、SIS、GDS、工业CCTV、DLP大屏幕显示系统以及相关的安全栅、机柜和就地控制室仪表盘等。
序号1234567系统/设备名称DCSSISCCTVGDSDLP安全栅机柜生产厂商HONEYWELLHONEYWELLHONEYWELL德尔格BARCOMTLRITTAL3各控制子系统简介3.1DCS系统
3.1.1DCS系统配置原则
本项目采用联合控制室（UCR）和现场机柜室（FRR）结合的配置方式。原则上生产装置的DCS控制系统的操作站设置在相应的联合控制室，控制站设置在相应的现场机柜室，所有现场仪表信号传到现场机柜室，再从现场机柜室传到联合控制室，从现场机柜室到联合控制室的信号采用双冗余光缆连接。在联合控制室进行全部的控制、监测、报警及报表等操作。
由于各装置的建设进度不一样。而且由不同的EPC承包商施工，因此每套生产装置的DCS系统都配置成独立的、完整的系统。
DCS系统采用了HONEYWELL公司最新的ExperionPKS-C300控制器。系统的基本结构简图如下：
3.1.2单套装置DCS系统的配置方案
针对具有现场机柜室的装置，DCS系统均按下列原则进行配置：
1）系统的所有机柜均安装在现场机柜室，另外在现场机柜室内设有工程师站、开停工用的操作站。
2）通过配置OPC服务器或串口服务器，与装置的其它控制系统（如机组PLC、装置的先进控制系统等）进行通讯，将数据采集进DCS系统后，统一上传至联合控制室，以及全厂生产调度中心。
2）在联合控制室内安装多台操作站、打印机等，实现日常的生产控制、监测、报警及报表输出等操作。
3）为了保证数据的传递速度，从现场机柜室的CISCO2960交换机引出2路通过光缆连到联合控制室，其中1路连接另1台CISCO2960交换机，用于本装置操作站、网络打印机的连接；另1
C300控制器
网络打印机
工程师站
操作员站
数据库服务
控制器防火
串口服务器
FTE网络
交换机路连接到CISCO3750交换机，负责将数据进行上传，供生产中心和总厂调度指挥中心使用。3.1.3联合控制室DCS系统的配置方案
联合控制室主要实现对各生产装置的日常监控、操作，以及作为生产中心的调度室，负责对所辖装置的生产数据进行集中处理、显示，用于调度人员协调、指挥生产。因此联合控制室DCS系统的配置原则如下：
1）配置1台数据库服务器，通过DSA组态，将各装置的生产数据都集中过来，配置2台调度员操作站，连接到这台数据库服务器，负责对中心的所有装置进行监视。
2）配置1对CISCO3750交换机，用于连接各装置的DCS系统，同时与全厂的生产调度指挥中心进行连接，负责将生产数据上传。
联合控制室及某2套装置DCS系统的结构简图(B装置简略)如下
联合控制室调度员站3750交换机去PMCC
A装置操作员站2960交换机数据库服务器
3.2SIS系统配置方案
1）SIS系统采用了HONEYWELL公司最新的SM控制器。HSMS采用SM-201*D配置：冗余的中央控制器，冗余的I/O，按照DIN19250标准，SM-201*D配置符合TUVAK6级及IEC61508SIL3级标准安全认证。
这种两套完全平行运行、完全冗余的系统能对单系统容错。
A装置现场机柜室串口服务器数据库服务器C300控制器B装置现场机柜室数据库服务器操作站工程师站2960交换机DSA组态DSA组态
2）每套生产装置的SIS系统都配置成独立的、完整的系统。而且对于有多个系列的装置（如气化装置有7台气化炉），要求每个系列配独立的控制器。
3）由于本项目采用联合控制室（UCR）和现场机柜室（FRR）结合的配置方式，正常生产时操作员都在联合控制室，因此生产装置SIS系统的辅助操作台设置在相应的联合控制室，而SIS系统控制器设置在相应的现场机柜室。
4）对于离联合控制室较远的装置，从辅操台到SIS系统的控制器无法用硬接线实现信号的可靠传送，因此在联合控制室设置了1台SIS远程控制器，辅操台上的信号先通过硬线接到SIS远程控制器的输入/输出卡件，SIS远程控制器与装置SIS系统控制器间通过TUV认证的冗余安全网来传送信号。
5）SIS系统通过冗余的通讯卡，通过FTE网络与DCS系统无缝集成。SIS系统的操作接口采用DCS系统的操作站，并在操作站上安装SOE软件（包含在DCS的基本数据库软件中）。
6）SIS系统的HART信号经过FTA时被分离出来，经过HART信号分离器MTL4842进入MTL4841模块，再经过RS485串行通讯接口接入AMS系统，实现智能设备的统一管理。
3.3CCTV系统配置方案3.3.1霍尼韦尔CCTV系统简介
监控系统可分为前端设备区，监控中心和传输网络三大部分。
装置现场的摄像机信号先接入安装在就地机柜室的光端机，通过光纤传到联合控制室，再经过光端机接受后转变为视频信号进入数字硬盘录像系统(DVR)进行录像。距离联合控制室较近的视频信号则通过视频电缆直接连到数字硬盘录像机。
视频信号被压缩成数字信号后存储，同时数字硬盘录像系统连接到联合控制室内的网络交换机，工业视频集成系统HIIS的视频服务器通过网络交换机与数字硬盘录像系统DVR相连，通过DVR对前端摄像机及数字硬盘录像机来的视频信号进行控制和管理。
视频网络采用专网来进行视频的传输和监控。
CCTV系统结构简图
3.3.2包头煤化工CCTV系统配置方案根据全厂控制室的划分情况，全厂整个监控系统包括四个完整的子系统，以及PMCC总体监视部分。见图3.3.2-1
各子系统负责的装置区域如下表
序号12345子系统UCR1UCR2UCR3LCR4PMCC负责区域电站、化学水、脱硫、卸储煤气化、净化、硫回收、甲醇、甲醇罐区MTO、烯烃分离、烯烃罐区、PP、PE净水场、循环水场、污水场、回用水、火炬、装卸站台全厂所有装置（含铁路系统的11路信号）监控点数69353137183各子系统与PMCC的连接简图如下：
3.3.3CCTV系统与DCS系统的集成方案
DCS工作站通过自身携带的双网卡与CCTV系统专网的网络交换机连接。同时保证两个网络分布在不同的网段。DCS工作站安装CCTV系统监控软件HIIS客户端后即可在授权的情况下对前端监控设备进行监控和管理。
3.3.4CCTV视频图像在大屏幕上显示的集成方案
视频信号经过数字压缩变成网络信号后，画面分辨率为300*200左右，该信号送大屏幕系统上显示的尺寸不能过大（不能超过50英寸），否则画面清晰度就不理想。而本项目选择的大屏幕系统，单屏为70英寸。为了能在整个大屏幕系统上显示清晰的画面，采用以下方案：联合控制室内的所有视频信号在由现场传输到控制室后通过视频分配器分成2路，1路进入控制室的数字硬盘录像机，另1路进入视频切换矩阵。进入视频切换矩阵后根据需要输出8路视频信号到大屏幕显示。同时视频矩阵还输出另8路视频信号到PMCC，供PMCC的大屏幕显示。PMCC与各联合控制室的视频切换矩阵间的相互调用通过视频光端机的RS422接口连接实现。具体方案示意图如下：
4PMCC数据采集、存储、显示系统方案简介4.1功能简介
生产调度管理中心（PMCC）主要实现对生产过程的重要参数的监视，生产报表的打印和设备信息的管理。
建立一个统一的全厂范围内的数据平台，主要是从过程控制系统（DCS、PLC）获得、收集和存储包括过程变量、过程报警、系统报警、工作记录等实时数据和信息至该数据平台，加工成新的信息资源，提供给调度人员。
提供开放的数据接口，为将来全厂信息系统全面集成奠定基础。4.2方案介绍
4.2.1实时数据库的选择
由于全厂的DCS系统均采用HONEYWELL公司的产品，而且HONEYWELL公司的UniformancePHD核心软件采用成熟技术和成套软件，具有很高的安全性、开放性、先进性、可扩展性，因此选用UniformancePHD作为实时数据库采集平台，为后续项目打好信息化平台基础。4.2.2系统结构4.2.2.1数据接口
霍尼韦尔的EPKS服务器，可以利用内部接口与PHD进行通讯；其它厂家控制系统或PLC，只有支持OPC通讯，即可进行数据通讯，也可定制开发数据采集数据交换接口。4.2.2.2采用缓存服务器主服务器结构
来自DCS、PLC等控制系统的数据，先传输到EPKS或OPC服务器，缓存服务器负责从EPKS或OPC服务器获取相关数据，主服务器与缓存服务器同步更新，当主服务器与缓存服务器间的网络发生故障时，则数据可先保存在缓存服务器中，待网络恢复后，这部分终端数据可自动上传到主服务器。
系统网络拓扑图
4.2.2.3缓存服务器和主服务器之间采用防火墙
为防止病毒侵入DCS，造成DCS系统故障，霍尼韦尔支持成熟防火墙技术，严格禁止除数据库主服务器以外的机器对EPKS服务器和OPC服务器的访问，确保底层控制系统的安全性。4.2.2.4磁盘阵列
数据安全是整个数据采集、存储系统的关键，因此采用了PHD主服务器加磁盘阵列双机冷备的配置，两台PHD服务器硬件配置完全一样，安装的软件完全一致，设置PHD数据文件到磁盘阵列。当运行的服务器出现故障时，人工切换到另1台PHD冷备服务器，不会影响数据采集。
4.2.3系统安全设计
对于生产控制中心来说，由于直接与生产过程相关，因此系统安全问题是整个系统设计中必须考虑的重点。系统安全主要包括网络安全与数据安全两个部分。4.2.3.1网络安全
网络的安全是网络规划与设计的重要内容。由于PMCC的网络物理上与控制系统连接，因此必须保证网络安全，避免对生产造成不利影响。
经过安全评估与需求分析，网络安全体系包括操作系统级控制、硬件防火墙、防病毒系统、网络访问规则设置等方面4.2.3.2数据安全
数据信息是公司生产控制中心的基础，设计公司的经济和技术秘密，不能随意泄漏和更改，因此保证数据安全是系统正常运行的基本要求。数据安全设计主要包括数据采集、数据备份、数据访问等几方面内容。5结束语
霍尼韦尔公司通过MAV的方式，为包头煤制烯烃项目提供了包括DCS、SIS、CCTV等在内的，完整的、一体化的控制系统解决方案，采用了当前主流的、最先进的系统配置，极大地提高了项目的自动化控制水平，为今后装置的安全、平稳运行打下了良好的基础。
作者简介：
曹辉，男，1971年11月出生，1995年毕业于大庆石油学院生产过程自动化专业，工程师，一直从事DCS、SIS系统的生产维护、系统升级、改造等工作。现工作于中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司。
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