控制系统的搬迁

随着GB 50779—2012的推进，原有的化工生产装置控制室已不能满足抗爆要求。为满足设计规范要求，同时提升各装置安全稳定运行的系数，滨化集团股份有限公司东瑞化工有限责任公司(以下简称“东瑞公司”)实施了安全攻坚战项目，将各装置DCS、SIS及视频监控系统等均搬迁入新建抗爆控制室。笔者根据相关规范，结合东瑞公司抗爆控制室搬迁项目，探讨搬迁涉及的具体模块及方案。

1 涉及的搬迁模块

东瑞公司涉及的模块包括各装置DCS、SIS、PLC系统、视频监控系统、化验室lims系统及其配套的电源系统。

(1)DCS是化工装置中实现过程控制的系统，用于操作人员实现人机交换，实现装置生产指标异常报警和联锁停车。本项目涉及的内容包括：操作站的搬迁、操作台的设计排布、网络系统的搭建。

(2)本项目涉及的PLC系统主要是西门子的S7—300及独立的报警仪系统，是根据独立的生产模块而设置，具体工作内容包括：独立PLC网络搭建、操作站的搬迁、通信设备的安装。

(3)SIS是独立于DCS设计的，对生产装置指标安全异常实施报警动作或停机控制，是企业自动控制中的重要组成部分。

(4)视频监控系统：在本次项目中，各个生产装置的视频在抗爆控制室集中显示，采用了LED一体化大屏设计，各视频监控根据装置需要合理拼接。

(5)lims系统：化验室数据显示系统，本次项目在抗爆控制室操作间两侧通过LED大屏滚动展现化验数据。

(6)供电系统：各系统搬迁后，为保证其安全稳定运行，须重新对各系统的供电进行设计，保证各系统稳定供电。

2 搬迁方案

2．1 DCS搬迁方案

2．1.1操作站数量的确定

(I)根据项目中各化工装置的配置需要，5个装置共42台操作站搬人抗爆控制室。

(2)根据操作站的数量及双屏幕的显示需求，共需双屏幕显示支架86个及显示器86台。

2．1.2 操作台的设计

(1)操作台的数量基于操作站数量考虑，兼顾SIS及视频监控系统的使用。

(2)考虑各化工生产装置的操作，合理布置操作台。

(3)为了提升抗爆控制室内的美观性，并考虑空间的充分利用，操作台的排布采用了弧面设计，排布效果如图1所示。

图1 操作台排布示意图

2．1．3 DCS网络系统的搭建

(1)根据项目涉及的化工装置(本项目涉及5个化工生产装置)，每个装置设置独立的网络机柜，抗爆控制室内机柜间需要5个网络机柜。

(2)须从各生产装置机柜间敷设光缆至抗爆控制室机柜间，光纤进入光纤终端盒进行熔接。考虑到本次项目设计的Honeywell DCS网络的冗余配置，每个装置DCS的搬迁须敷设2根光缆，且2根光缆分别从不同方向汇集至抗爆控制室。

(3)HoneywellDCS采用的是FTrE网络架构，通过思科2960交换机来实现，考虑其网络冗余性配置，须在网络柜安装2台思科2960交换机，网络通信按照图2实现。

图2 DCS网络图

2．2 PLC系统搬迁方案

本项目涉及的PLC系统为2套燃烧系统、1套变压吸附系统和5套报警仪系统。

(1)燃烧系统PLC为西门子S7—300系列。搬迁前，PLC的远程控制站与的距离小于10m，采用R232模式通信。搬迁后的远程站距离PLC大于300 m，为实现其通信，设计上采用了转接设备，通过光纤通信实现，PLC的光缆独立设置。施工时，与DCS光缆共同敷设，光缆敷设完成后，进入独立的光纤终端盒进行熔接、网络搭建。网络通信按照图3实现。

图3 燃烧系统PLC网络图

(2)变压吸附系统也采用了s7—300系列。配置了独立的带有双RJ45的通信卡，为实现其通信，设计采用了光纤收发器通过光纤通信实现，施工与燃烧系统相同，其网络通信如图4所示。

图4 变压吸附系统PLC网络图

(3)5套报警仪系统按5个生产装置一对一进行通信，采用的是与原报警仪系统配套的二次仪表设备，其通信模式采用的是RS485。考虑通信速率在100 kb／s及以下时，RS485的最长传输距离可达1200 m，项目设计采用带有镀锌屏蔽的双绞线进行通信，根据通信信号强弱考虑是否采用信号中继器。

2．3 SIS搬迁方案

(1)本项目涉及的SIS为HoneywellSM系统，满足SIL3(TUV)等级认证。

(2)考虑到装置的距离，各个装置SIS的搬迁采用增加SIS 10远程控制机柜的方式进行，共需4个机柜。

(3)每个SIS网络的传输需要2根从不同方向敷设的独立光缆，施工时，与DCS光缆共同敷设，光缆敷设完成后，进入光纤终端盒进行熔接、网络搭建。网络通信按照图5实现。

图5 SIS网络图

为保证扩展后的SIS仍然具有SIL3的等级认证，所需的网络设备均采用通过认证的Honeywell设备。

2．4 视频监控系统搬迁方案

(1)录像设备。机柜间配置2台视频网络机柜，设计5台满配硬盘的64路硬盘录像机(海康威视)，对2个装置的视频摄像机信号一对一采集。硬盘录像机为双网卡设置，对5个装置的视频地址进行规划。每个录像机的LANl口为内网口，采集对应装置的网络摄像机地址的视频信号。LAN2口为外网口，设置区别于LANl地址的统一网段的网络地址，进行上层数据的传输；所有LAN2 15并入统一的视频交换机$5300，方便于抗爆控制室大屏操作站的信号采集。视频网络如图6所示。

图6 视频网络图

(2)LED中央显示屏。本项目采用LED大屏式设计，1个主屏，2个分屏，全屏采用模组式拼接，显示屏分辨率高达4 993×1 560，像素密度i>422 550点／m2，采用SMD表贴三合一国星铜线封装；箱体采用高精度压铸铝材质，整体压铸成型(框架、背板)，抗压抗拉，全金属自然散热结构，无风扇、无孔、防尘、静音设计。整体具有完全防尘、防腐蚀、防静电、防电磁干扰、抗雷击、防虫、抗风保护等功能，具有电源过压、过流、断电保护、分布上电措施，具有实时监控温度、故障报警功能，外观美观大气。通过视频控制电脑主机，通过(海康威视)，将视频画面、生产信息化画面等，以拼接的方式分别展现到主、副屏上，更加符合智能化的生产需求。

2．5 lims系统搬迁方案

(1)化验室信息采集系统采用独立的网络配置，与东瑞公司分析中心的网络对接，设置了独立的操作站，操作台与DCS操作台共同采购。

(2)其数据通过两侧LED大屏进行滚动式播放，大屏与操作站的信号采用无线传输。

2．6 供电系统设计方案

(1)DCS、SIS及视频录像系统按照GB 50052—20091和SH／T 3038--2017旧1的要求，属于特别重要负荷，须采用双电源冗余供电。本项目按照负荷计算后，采用2台60 kW的UPS主机电源协同4台STS(电源静态切换开关)进行供电设计，保证双电源供电且毫秒级别故障冗余切换。配电系统如图7设计施工。