杭州和利時自動化有限公司 化工系統部部長  高級項目經理 周劍 從事工業自動化技術和產品的設計、開發及和工程項目的實施與管理工作。

　　一、和利時在石化行業提供的主要產品有哪幾類？有哪些優勢？

　　目前，杭州和利時自動化有限公司提供面向石化行業的DCS產品為HOLLiAS MACS 系列分布式控制系統。主要分為以下兩種型號：

　　(1) HOLLiAS MACS-F系統：規模上適合于中大型項目（2萬個物理點以內）；

　　(2) HOLLiAS MACS-S系統：規模上適合于大型或超大型項目（10萬個物理點以內）。

　　HOLLiAS MACS系統是和利時公司在總結十多年用戶需求和行業的應用特點、積累三代DCS系統開發應用的基礎上，全面繼承以往系統的高可靠性和方便性，綜合自身核心技術與國際先進技術而推出的第四代DCS。已成功的為催化裂化、常減壓、聚乙烯、加氫精制、瀝青、延遲焦化、制氫、酮苯脫臘、硫磺回收等工藝提供控制解決方案。

　　HOLLiAS MACS系統同時充分體現了國際上DCS系統的最新發展特點：

　　★開放化：DCS已經不是一個封閉的系統。MACS系列可以方便的通過組態直接無縫集成第三方系統和設備，無需更改系統程序。

　　·提供OPC/DDE/ODBC等軟件標準接口，可與第三方的應用程序之間直接進行數據交換。

　　·支持PROFIBUS/HART/MODBUS等國際上常用現場總線，可以方便添加第三方設備，如智能儀表、PLC和變頻器。

　　★信息化：DCS已經超越一個傳統控制系統的定位。MACS系列有機集成了工廠與過程管理來大幅度提升企業的生產效率。

　　·可無縫集成制造執行系統（MES），實現控制信息與生產管理信息的有機集成。

　　·可無縫集成設備管理功能（AMS），實現工廠設備的全電子化信息管理和維護。

　　·可連接常見企業管理系統（ERP），讓現場控制層成為企業管理可透明覆蓋的范圍。

　　·可支持基于Internet的遠程訪問和瀏覽，即使身處異地，過程信息也可時時掌握。

　　★智能化：DCS各子部件都已智能化。MACS系列的各部件之間通過全數字信息進行協調控制。

　　·每個I/O都配備CPU芯片，實現I/O通道級故障診斷。

　　·各個部件都可以實現自診斷，自動報警。

　　·小型化：DCS的小型化是大勢所趨。MACS系列采用低功耗設計，大大推進了系統的小型化。

　　·主控制器典型功耗為6W左右，無需任何風扇散熱，體積減小到三代進口DCS主控的十幾分之一。

　　·I/O模塊典型自身功耗為2W左右，體積大幅度縮小，可靠性進一步提高。

　　★高可靠：DCS的設計理念向安全系統靠攏。MACS系列廣泛采用了在安全保護系統中才使用的技術和器件。

　　·采用確定性實時的工業以太網協議，無論通訊負荷如何變化，無任何數據碰撞，確保系統網絡的可靠性。

　　·采用信息冗余技術，實現數據糾錯。

　　·采用數據加密技術，確保阻斷非法數據訪問。

　　·采用故障-安全（Fail-safe）設計技術，確保通道故障時停留在安全態。

　　·采用國際安全編碼標準進行軟件開發。

　　·軟件測試代碼覆蓋率達到100%。

　　·大幅度提高系統的自診斷覆蓋率。

　　二、石化行業存在著十分突出的安全隱患，和利時能提供什么方案來避免和解決這類問題？

　　石化行業具有高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易腐蝕等特點，在企業內不同的原材料和產品又分別又程度不同的危害。與其它行業相比，石油和化工行業生成潛在的不安全因素更多，危險性和危害性更大。因此石化行業更強調系統的安全性和高可靠性。

　　我們從以下幾個方面來增強系統的安全性和可靠性，避免安全隱患的發生：

　　★先進的控制器系統

　　和利時公司完全自主研發，具有獨立知識產權的“大型綜合自動化控制系統（HOLLiAS-MACS）系統”，運用了網絡技術、現場總線技術、控制技術、模塊化技術、數字化技術等先進技術，統一了生產制造和工藝過程技術，解決了數據管理、配置編程、通訊等集成化的問題，強化現場總線，打破控制領域的界限。系統的可靠性、冗余性、先進性、可維護性、開放性等方面均達到了較高水平，適用于干擾嚴重的中國工控現場，達到了國際先進水平，產品具有較高的靈活性，滿足了大、中型企業對DCS系統的應用要求。

　　系統采用了容錯設計，高可靠性的器件、工藝，帶校驗的內存，抗振，熱設計，降額設計等環節和手段，提高系統的可靠性和可用性。

　　★穩定的系統網絡

　　對于單個工程：實時數據使用對等網絡結構，每臺機器上都運行實時數據庫，由于數據都來自控制器，所以數據一致性得到保證，由于控制器端的緩沖機制，數據同步得到保證，優點是任意一臺操作員站發生故障，都不會影響其它操作員站的正常工作；歷史數據可以配備歷史站，操作員站可以兼做歷史站，歷史趨勢日志數據在歷史站中保存，有效地分擔了數據和網絡的負荷。

　　多個工程采用域結構。可以根據對象的位置、范圍、功能和操作特點等，把整個控制系統用高速實時冗余網絡分成若干相對獨立的分系統，一個分系統構成一個域，并且各個域之間可以通過標準的協議或中間件進行數據交換。這種體系結構既可以根據現實情況靈活配置工程，又便于擴展改造。并且平臺開放，具有集成異構系統的能力。

　　★隔離技術

　　·系統總線和模塊之間采用光電隔離

　　·系統電源和模塊電源之間采用DC/DC隔離

　　·網絡具有物理層和協議層雙重隔離

　　·全系列模塊的各個通道之間完全電氣隔離，獨立A/D

　　★冗余技術

　　·網絡冗余

　　·電源冗余

　　電源均流冗余，采用分布式、散熱性好、安全且易維護。

　　·控制器冗余

　　·IO卡件冗余

　　·DP總線冗余

　　·背板內部電路冗余

　　★豐富的自診斷

　　系統對設備（包括卡件）進行自診斷，并在發生故障時給出指示，使運行人員能立即確定故障部位，并更換設備。

　　·設備診斷

　　·包括電源、模塊、通道診斷。

　　·歷史站診斷

　　·實時站診斷

　　·操作站診斷

　　·網絡診斷

　　★操作安全

　　·分權限操作，分工段操作，相互合作，互不影響；

　　·操作員站在線系統運行后，可以使用普通鍵盤進行安全的操作當操作員站在線運行起來后，如果不是工程師級別，則鎖定系統鍵。

　　·充分檢查數據輸入的合法性、合理性，最大限度的減少人為錯誤；

　　★防病毒

　　·采用和利時專用的HSIE（和利時工業以太網），保證了系統網絡的安全性

　　·控制器內置軟件防火墻

　　·系統配置防病毒軟件，有效防止病毒攻擊

　　三、工業無線技術正被石化行業用戶所關注，和利時在這方面有什么優勢或能提供什么方案嗎？

　　工業無線技術是本世紀初新興的，一種面向設備間信息交互的無線通信技術，是對現有工業通信技術在工業應用方向上的功能擴展和提升，將引發傳統工業測控模式的變革，引領工業自動化系統向著低成本、高可靠、高靈活的方向發展。歐美等國政府多次在發展規劃中指出，工業無線技術將在提高產品質量、降低生產成本、提高能源效率等方面發揮重要作用。美國能源部還將工業無線技術列為實現到2020年美國工業整體能耗降低5％目標的主要技術手段之一。

　　國際上工業無線技術的國際標準有WirelessHART（HART基金會）、ISA 100.11a（ISA）、WIA-PA（中國）三種。

　　★WirelessHART

　　WirelessHART通訊協議是2007年9月由HART通訊基金會發布，它是第一個專門為過程工業而設計的開放的可互操作的無線通訊標準，滿足了工業工廠對于可靠、強勁、安全的無線通訊方式的迫切需求。除了保持現有HART設備、命令和工具的能力，它增加了HART協議的無線能力。每個WirelessHART網絡包括三個主要組成部分：連接到過程或工廠設備的無線現場設備；使這些設備與連接到高速背板的主機應用程序或其他現有廠級通信網絡能通信的網關；負責配置網絡、調度設備間通信、管理報文路由和監視網絡健康的網管軟件。網管軟件能和網關、主機應用程序或過程自動化控制器集成到一起。

　　★ISA100.11a

　　ISA-100標準定義的工業無線設備包括：傳感器、執行器、無線手持設備等現場自動化設備。主要內容包括工業無線的網絡構架、共存性、魯棒性以及與有線現場網絡的互操作性等。ISA-100.11a是第一個開放的、面向多種工業應用的標準族，其版本1的主要特征：提供過程工業應用服務，包括工廠自動化；在工廠內/工廠附近使用；全球部署；提供等級1(非關鍵)到等級5的應用，例如：監控；保證不同廠家設備的互操作性；物理層只包括IEEE 802.15.4-2006的2.4 GHz頻段；在后續版本將推薦可選的其他物理層；提供一個全面的共存策略；跳信道的方式支持共存和增加可靠性；使用一個簡單的應用層提供本地和隧道協議，以實現廣泛的可用性；針對IEEE 802.15.4-2006 安全的主要工業威脅，提供簡單、靈活、可選的安全方法；現場設備具有支持網狀和星型結構的能力。

　　★中國的WIA-PA標準

　　工業無線網絡WIA技術基于短程無線通信IEEE 802.15.4標準，使用符合中國無線委會規定的自由頻帶，解決工廠環境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時產生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足工業應用需求的高可靠、實時無線通信服務。

　　通過使用工業無線網絡WIA技術，用戶可以以較低的投資和使用成本實現對工業全流程的"泛在感知"，獲取傳統由于成本原因無法在線監測的重要工業過程參數，并以此為基礎實施優化控制，來達到提高產品質量和節能降耗的目標。

　　WIA網絡采用星型和Mesh結合的兩層網絡拓撲結構。第一層是Mesh結構，由網關設備及路由設備構成；第二層是星型結構，由路由設備及終端設備或手持設備構成。

　　網關：負責WIA網絡與工廠內的其它網絡的協議轉換與數據映射；

　　冗余網關：負責網關的熱備份；

　　網絡管理者：負責構建由路由設備構成的Mesh網絡；監測全網性能；

　　安全管理者：負責路由設備及終端設備的密鑰管理與安全認證；

　　WIA網絡的協議棧結構遵循ISO/OSI的層次結構，但只定義了物理層、數據鏈路層、網絡層、應用層。

　　WIA協議棧由協議層實體，包括數據鏈路層、網絡層、應用層（由應用支持子層、用戶應用進程、設備管理應用進程構成）、功能模塊及層實體間的數據接口和管理接口構成。數據鏈路層、網絡層和應用支持子層包含的功能模塊有：數據實體和管理實體。用戶應用進程包含的功能模塊是多個用戶應用對象。設備管理應用進程包含的功能模塊有：設備管理模塊、網絡管理模塊、安全管理模塊、網絡管理代理模塊、安全管理代理模塊、管理信息庫。

　　無線傳輸目前尚處在發展的早期階段，無線技術首先會在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監控等領域得到應用。當前較適宜應用的行業有汽車制造、食品加工、制藥和設備資產跟蹤等。由于工廠無線技術種類較多，技術特征差異比較大，無線通信只是現有有線通信系統的一種發展和重要補充，絕非一種替代，工業控制網絡將向有線和無線相結合方向發展。

　　和利時公司有一支充滿活力和創新意識的高素質人才隊伍，密切關注工業自動化領域的前沿熱點工業無線技術，致力于研制一種既兼容無線HART標準，支持HART命令和網內報文聚合，容易升級傳統儀表，有效降低網絡開銷，又兼容IEEE802.15.4標準，可以使用現有商用器件，易于實現，采用分層組織模式，對網絡拓撲的維護更加靈活，具有自適應的跳頻模式與自動重傳機制，通過可靠性更強的無線傳輸技術，引領工業自動化系統未來的發展方向。

  　四、典型案例

　　和利時公司DCS系統——HOLLiAS MACS系統在中石化青島石化加工高酸原油適應性改造項目上的應用

　　2009年5月份利時公司成功中標了中國石化青島石油化工有限責任公司加工高酸原油適應性改造項目。這是中國石化集團公司在大型石油煉制聯合裝置項目上解放思想，開放觀念，在整個全廠的關鍵設備——自動控制系統上大膽嘗試使用國產系統，又一次打破了中國石化集團公司在大型石油煉制聯合裝置項目全部采用進口DCS系統的慣例，在全廠關鍵設備國產化進程中前進了一大步，并且取得了非常良好的效果。

　　在2009年4月份，中國石化股份公司本著實事求是、認真扎實的工作態度，以及對事業的高度使命感，對利時公司進行了詳盡、細致的系統測試與實地考察，由中國石化股份公司組織了中石化所屬的4家設計院、4家大型石化企業的相關技術專家對和利時公司的產品進行了詳盡的、苛刻的、系統和較為全面的測試，共進行了8大項30多小項的系統測試，測試結果均合格。并且，中國石化公司對和利時公司的全過程質量保證和全生命周期質量控制體系進行了檢查，對和利時公司在產品生產、項目執行過程中流程化、規范化的控制和管理體系給出了高度評價。

　　中國石化股份公司經過了對和利時公司詳盡細致的系統測試與實地考察，最終給予和利時公司高度認可，充分體現了中國石化股份公司對企業用戶的高度責任感和求真務實的工作作風以及對國產化系統的大力推進，并且在項目實施過程中，中國石化集團總部和青島石化用戶以及設計院等給與了和利時公司大力支持，使得和利時公司能在如此短的工期內和多達6套裝聯合置改造的情況下，順利地實施此項目。

　　此項目包括：500萬噸/年常減壓裝置改造、1.5×104m3n/h制氫裝置、160萬噸/年延遲焦化裝置、100萬噸/年汽柴油加氫精制裝置、60萬噸年催化汽油選擇性加氫脫硫、2×104t/a硫磺回收及溶劑再生裝置。這六套裝置為相對獨立又相互聯系的系統，各種相對獨立的進行系統維護與管理，在整體上又被連接成為一個統一的系統，全部的監視和控制操作均在在中央控制室內完成，在現場不再設置操作室，只備留巡檢室。

　　另外，本項目中，DCS系統還與SIS、一些智能儀表、溫度采集器等等互聯，以及與全廠數字管理系統通信，并通過全部數據的OPC接口，其通訊協議與規約各不相同，互聯設備品牌型號眾多，通訊網絡結構復雜，對通訊穩定性要求非常高。但是，在中國石化集團總部及青島石油化工有限責任公司的精心組織與大力協調下，和利時公司出色的完成了這項對DCS系統技術要求高，對現場調試人員水平要求高的工作。

　　截止2009年12月，常減壓裝置已經成功的投用了2個月。延遲焦化裝置和汽柴油加氫精制裝置已經試運行1個多月。其他幾個裝置也已經進入水運與試車階段。項目進展非常順利，和利時的DCS系統優異的性能與出色的表現、以及和利時現場調試工程師專業的水平與良好的服務贏得了用戶高度的好評。

　　此項目的成功實施，再次標志著中國石化集團在推進國產化控制系統的道路上又邁出了非常堅實的一步，加大和加快了控制系統國產化的力度及速度，進一步提高了控制系統在大型石化主裝置項目上的國產化率，為我國自動化事業國產化的發展具有著積極和里程碑的意義。