基于现场总线石化数字化工厂ppt

2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,1,基于现场总线的石化数字化工厂,解怀仁中国石油和石化工程研究会CPPEI2008-11,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,2,目录,一,石化仪表控制系统的发展;二,数字化工厂的概念;三,石化数字化工厂构架;四,数字化控制系统的施实；五,现场总线应用效果显著六,应用FCS注意的几个问题;,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,3,一,石化仪表控制系统的发展,1，1975年以前，模拟仪表时期,控制室及现场均采用的是模拟仪表或单回路控制器。模拟控制仪表装在控制室的仪表盘上,现场仪表送信号到控制室；(1975年以前),2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,4,2，1975年后DCS取代控制室内的模拟仪表，用CRT显示，现场仪表是模拟的。DCS-在控制室用CRT取代仪表盘，但现场仪表安装没大变化；四线变二线；1975年至今,石化上了近千,开始上DCS还是不上DCS也是争论的，也是有个过程30年。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,5,仪表与控制系统应用的变革,3，10年前DCS有不足点(开放性)，国外大公司联合开发了FCS。近10年发展的很快，应用，推广全世界已安装的基金会系统超过12，000套。什么是现场总线控制系统:由现场网络，控制单元，现场总线仪表组成现场总线控制系统。FCS不仅取代控制室内的模拟仪表，用CRT显示，现场仪表也改用数字化现场总线仪表。是全数字化仪表控制系统。FCS在控制室用CRT取代仪表盘；现场仪表安装有变化-连接在网段上；,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,6,FCS-这是非常大的变革-全厂仪表与控制有一大的变革。一个石化厂现场仪表的数量很多。上千台或上万台表要用数字化仪表现场总线仪表。4，DCS-FCS与ERP/MES集成全厂性的数字化管控一体化的系统，逐步建成石化数字化工厂。另外，无线网络系统也发展了。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,7,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,8,1,远程监视(FullDigital-全数字化)仪表设备的远程诊断报警处理管理人的作业2,远程作业远程操作远程（高级)控制改善效率的活动外部采购,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,9,二,数字化工厂的概念,数字化工厂结构是一个新的发展趋势,它对石化行业的改善及获得效益将会起到巨大的作用!随着数字化工厂的建设,功能不断增加,企业的收益不断增加.1,华东理工大学-艾默生过程管理公司联合建成数字化工厂实验中心是集自动化技术、计算机技术、网络通信技术、先进制造技术于一体，是多专业知识与技术的集成。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,10,2,国外仪表专家理念;,(1)采用最新的感知技术和全数字式总线网络得到信息能很好地监视工厂的运行;用实现世界先进的数字变送器、先进传感器、及世界最大的现场总线计测控制的技术能力，实现工厂全部信息的数字化,使你能透彻地洞察你的工厂。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,11,(2)可以预知将要发生的事情,因此能进行良好而无混乱的管理,从而获得了对将来的行动进行决策的时间。使用先进的机器管理软件AMS(AssetManagementSoftware)和高级监视软件等,使你能预测你工厂的将来。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,12,(3)对客户、市场的需求可以作出迅速地反映，成为环保而又安全的工厂。参用世界的最高性能的过程控制系统、高度的控制软件,及丰富的应用技术诀窍，保证使企业的事业日益向上。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,13,3，建设数字化工厂,石化数字化建设基于智能化、网络化、集成化、可视化思想，通过吸收当今先进技术，将使企业实现包括设计数字化(CAN,INTOOLS)、制造装备数字化、生产过程数字化(DCS,FCS)、管理数字化(ERP.MES)和办公数字化(OA)。从而能做到:1)产品从设计到制造、销售，一直到服务整个生命周期的数据都用计算机进行管理，实现无纸设计和无纸制造;2)企业的工作过程实现并行工程;,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,14,3)实现多场地协调工作;4)保证产品数据的一致性、完整性、惟一性、最新性及共享性;-数据库及INTOOLS自控设计软件。5)保证计划的一致性和可行性;6)使管理具有动态应变性、系统性和模拟预见性;7)保证物流信息和资金流信息的统一。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,15,4，建设数字化工厂的意义,通过数字化工厂项目的建设，将使企业在以下几个方面受益:1)缩短新产品的上市周期;2)减少新产品的开发成本;3)优化产品设计以利于加工;4)优化生产线配置和布局，减少生产线准备和停机时间;5)增加生产线设备生产力，提高生产效率;6)改善工人的劳动强度，提高产品质量。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,16,三,石化数字化工厂构架,(一)石化数字化工厂-自动化及信息系统集成的总体目标（1）健康,安全,环保有可靠保证;（2）高质量仪表与控制,友好人机界面;（3）仪表控制系统故障引起非计划仃车最少；（4）提供实时，准确，唯一的信息数据；（5）提供预测维修计划，库存控制和采购计划；（6）根据市场需求，提供生产管理，生产计划和调度友化；（7）提供电子商务平台，实现供应链信息集成。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,17,(二)石化数字化工厂初级方案（1）第一级管理系统包括办公管理系统办公自动化(OA)，ERP/MES（要考虑今后发展）,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,18,（2）第二级生产管理系统,全厂生产管理和调度中心(PMCC)设在厂部综合管理楼。各联合控制室的DCS-FCS控制系统通过网络设施与调度中心进行联网，生产调度人员可随时了解过程信息,以实现生产管理。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,19,为了保证网络安全和数据实时传输的速度，在各UCR与PMCC之间设置独立的网络实现通讯。生产管理和调度中心(PMCC)可随时调用全厂主要电视监视图象。生产管理和调度中心(PMCC)可显示全厂所有的可燃气体和有毒气体报警信号。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,20,（3）第三级数字化控制系统,全厂设一个控制室或按区域设联合控制室：按照工艺的实际情况，工艺操作危险分散的原则，全厂采用的生产管理模式和操作方式为：设置联合控制室作为装置的操作中心，在各联合控制室对相关的生产装置、公用工程及储运系统进行集中操作和管理。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,21,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,22,企业数字化管控一体化系统,数字化管控一体化系统是采用ERP/MES/PCS三层结构：过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)、经营管理层(ERP)集成的现代化系统，可对生产经营进行科学地分析、评价和预测，对生产计划和经营策略及时进行调整，以适应多变的市场要求。(分别介绍一下ERP/MES/PCS功能),2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,23,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,24,(三)企业资源管理系统ERP,企业资源计划(ERP)是一种现代企业先进管理方法，采用ERP系统，将使企业获得最大的经济效益。2002年至2005年，石化行业经试点，现已超过20家公司的ERP系统投入运行。正在全面推广的ERP系统，实施面约占60%以上,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,25,企业资源管理系统ERP,企业资源计划系统（ERP）是市场经济和信息网络技术的发展的产物。ERP着眼于企业内部资源的优化整合，强化对市场动态的及时把握，为企业的高效经营管理提供强有力的支撑。实施ERP系统极大地有助于新体制的建立，推动从以计划为龙头、调度为中心的经营模式向以市场为导向、财务为核心的经营模式转化，以提高企业的核心竞争力。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,26,ERP系统主要作用是流程规范、业务集成、信息透明。ERP系统通过信息的动态集成实现了业务功能的无缝集成，不但能够最大限度的保证信息的完整性、及时性和共享性，而且能够对核心业务进行自动化驱动和有效控制。ERP系统通常包含财务会计、管理会计、销售分销、物流管理、生产计划、设备维护等核心模块。一个典型的ERP除了上述功能外，在不同的应用中，可能还包括项目管理、投资管理、资金管理、人事管理等辅助功能。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,27,企业资源管理系统功能（ERP）,1,财务会计是ERP的核心，2,管理会计通常包括成本中心会计、3,销售与分销4,物流管理5,生产计划6,ERP系统的设备维护功能,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,28,(四)制造执行层(MES),MES是企业数字化系统的中心环节，在ERP/MES/PCS整个系统中起到承上启下的作用。MES主要完成生产计划的调度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等功能。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,29,MES主要功能,1,实时数据库与信息管理2,生产计划与调度优化3,流程模拟与工程4,数据校正与物料平衡5,实时动态模拟系统6,先进控制与优化,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,30,MES系统功能,1,实时数据库与信息管理通过实时数据库，企业可集成生产计划与生产调度、先进控制与优化、设备维护与管理、动态成本管理、化验信息系统、流程模拟与优化、ERP等系统，并把这些信息有机连在一起，在业务管理和生产控制之间起到上下贯通、管控一体化的作用。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,31,2,生产计划与调度优化,生产调度系统实施企业生产计划，保证全厂稳定、高效地生产。调度决策系统将生产计划、生产调度、工艺操作和油品储运等联系起来，提前预测生产和油品库存情况，并可进行调度优化。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,32,3,流程模拟与工程,通过工程流程模拟与优化等先进技术，找到最佳的操作条件，在满足生产装置安全生产和产品质量合格的优化条件下进行生产，是石化企业挖潜增效的有效途径。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,33,4,数据校正与物料平衡,通过实时数据库等系统，许多炼化企业已实现了生产过程数据的自动采集、生产装置的远程监测等，其数据校正与分析应用有以下几点：全厂生产工艺过程的物料、能源平衡计算；为成本核算、收率核算、罐区管理和生产统计等提供准确可靠的数据；为生产计划和调度提供有力支持；为ERP等系统提供基础数据。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,34,5,实时动态模拟系统,实时动态模拟系统可提供整个炼化企业高精确度、多功能动态模拟，可用于设计、工厂开车、工厂改造等方面的操作改进，并通过提高炼化企业生产能力和培训操作员技能，实现效益的最大化。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,35,（五）数字化控制系统PCS,1，FCS的特点(1)开放式系统现场总线工作站同时挂在现场总线和局域网两层网络上，通过后者可与其他计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，可实现技术共享。通信总线标准统一全开放，打破个别厂商的垄断，给技术以强大的支持群体。FCS则做到系统从上到下全开放。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,36,(2)全数字化通信,FCS智能型现场仪表传感器及其/转换器其数字信号在传送出仪表之前可得到补偿，因此，提高了系统的测量和控制精确度。由于采用双向数字信号传输数字化使系统精度提高；现场设备的信息增多几十倍，可用于自诊断，系统调试，管理从而提高系统的有效性；同一电缆挂多台现场设备从而节省电缆的施工量,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,37,传统4-20mA一个变量一个方向,数字信号多变量双向,Controller,ControlSystemNetwork,Fieldbus,Input/Output,Subsystem,Controller,ControlSystemNetwork,实现数字化、双向通信,取消数字/模拟转换,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,38,(3)可互操作性,现场总线智能仪表按统一的技术标准，不同厂家的产品，只要遵守相同的现场总线标准就可互连互换，统一组态，即插即用，以方便设备更新或系统扩展。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,39,多站：一条现场总线挂接多台现场设备,Fieldbus,Controller,ControlSystemNetwork,FCS的特点-(3)互操作性（Interoperability）,A厂商设备,B厂商设备,C厂商设备,任何制造商的设备，只要其遵循总线标准，即可进行互操作,互换性实现即插即用,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,40,(4)控制分散度高,现场总线智能仪表除具有基本功能外，还有控制和运算等功能，可实现彻底分散控制。每条总线可连接多台现场仪表，由智能的现场设备带PID,可分散地完成DCS控制器的功能，使控制风险彻底分散，提高系统控制的自治性和可靠性。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,41,(4)控制高度分散,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,42,四，数字化控制系统的实施,现场总线在全世界发展迅速，尤其是在工业过程控制领域，产品日趋完善，并得到了广泛的应用。目前，全世界已安装的基金会系统超过12，000套，已安装的现场设备超过1000，000台以上;其中，在中国已安装系统超过100套，已安装现场设备超过数万台。基金会现场总线已在美洲、欧洲、亚洲以及大洋洲得到应用，最终用户遍及各主要工业发达国家。最近国外沙特，印度最大项目，国内赛科，福建石化，南海，旅顺油田等项目采用了FCS。基金会现场总线为石油化工企业提供了全数字化的控制系统。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,43,1，赛科，福建建造新型石化数字化工厂,确立的目标：（1）将联合装置建成一个世界级装置，降低中国对进口石化产品的依赖性；（2）从进料到下游石化产品的生产效率进行全程自动控制；（3）工厂应采用最先进的自动控制技术，确保公司在未来竞争中处于优势地位。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,44,2,选FF的原因,先进的世界级工程项目，与之配套的必须是先进的过程控制系统，以确保发挥先进工业流程、保证安全运行、透明维护和减少次生污染等。首推基金会现场总线，主要是建立在未来工业自动化-数字时代的需求上。首选的原因：,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,45,(1)现场总线是企业信息化的一部分。,以信息化带动工业化，应用综合自动化技术改造提升石油和化工产业是我国一项长期重要决策。不断提高和完善现场总线应用水平，是近年随着信息技术和信息交换的覆盖面从企业管理、生产过程控制向现场设备的各个层次延伸发展的需要，是企业信息化、自动化发展的要求。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,46,(2)应用现场总线四大优点,现场总线是指安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通讯的数据总线。它有以下优点：控制分散，且能在线运行条件下对系统和现场设备进行诊断，可进一步提高运行可靠性；数字双向传送，传送精度高；AMS可预维修,减少相应的工程量；安装方便。具有最新的国际化标准，只要符合统一的国际标准的所有的现场仪表都可与此联用和通讯。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,47,(3)现场总线给企业建设和管理带来丰盛回报,从世界和国内众多用户的经验来看，采用基金会现场总线的具体好处是：1，减少工程管理总体维护劳动力50%；2，对于一个工厂区域的维护，减少操作人员非必要外出现场维护量60%以上；3，在设备投运前，减少组态时间66%、设备标定时间减少66%；4，减少设备调试时间4090%。从而，在工厂的整体效率，会提高效率1.9%；5，特别是减少事故和非必要停车在2592%，不言而喻，工厂的生产质量和生产力都将提高，这会给企业带来明显的技术和经济效益。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,48,3，赛科90万吨乙烯裂解装置应用,石化系统的大型项目也有采用FCS进行生产过程控制，如赛科90万吨乙烯裂解装置的FCS是国内外最大的现场总线系统。该系统包括47000个控制回路、40000台仪表和与世界最大基金会现场总线设备联网的13000台智能设备(集成10套数字化控制系统)。-1/3是FCS。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,49,这10套装置由一个中心控制室进行高度集中控制-远程操作。现场总线的PID控制功能在阀门控制器实现了集散控制，提高了可靠性，极大降低了自动控制系统和现场控制设备间数据通信负载，增强了系统可靠性。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,50,上海赛科(SECCO)90万吨/年乙烯工程，DCS采用Emerson公司的DeltaV系统，控制站除常规I/O模块外，配置了FF-H1现场总线模块，每个模块的2个接口分别构成2段FF-H1总线，每段FF-H1总线设计9台仪表(实用6台，备用3台)。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,51,该工程实用FF-H1现场总线段2473条，FF-H1现场总线仪表14375台，平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表：（1）Emerson的温度、压力、流量等仪表，（2）E+H的雷达液位计和流量计，（3）ABB的阀门定位器；（4）ROTORK的电动马达控制器，TYCO的电动马达控制器等，保证了多种产品的一致性和互操作性。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,52,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,53,4,福建炼油乙烯的应用,项目位于福建泉州,由中石化,ExxonMobil和Aramco共同投资兴建.主要装置包括:新建一个80万吨/年乙烯装置新建一个80万吨/年聚乙烯装置新建一个40万吨/年聚丙烯装置新建一个70万吨/年芳烃装置新建一个整体煤气化联合循环发电装置新建一个800万吨/年炼油联合装置原有400万吨/年炼油联合装置的改造,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,54,全厂采用数字化自动化结构,全面采用基金会现场总线(FoundationFieldbus)技术.共采用10套DCS系统,2个中央控制室,22个外站.总IO点数超过40,000.FF现场设备12,000台.项目将于2009年投入商业运行,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,55,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,56,5，FCS应用系统集成的模式,FCS应用一般有几种集成方式：(1)装置级工程项目中FCS自成系统如安庆项目；(2)大型工程项目中FCS和DCS控制站集成。一种是FF-H1现场总线模块作为控制站的下属I/O模块，例如Emerson公司的DeltaV系统，如赛科项目。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,57,另一种是FF-H1现场总线模块独立，例如Honeywell公司的ExperionPKSR300系统。前者FF-H1依附于控制器，信息传输慢；后者FF-H1独立，信息传输快。系统有工程师站(ES)、操作员站(OS)、计算机站(CS)为DCS操作监控层设备，控制站中有冗余电源(P)、控制器(C)、现场总线接口(H1)以及各类I/O模块。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,58,FCS与DCS的I/O总线集成,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,59,现场仪表或现场设备通过现场总线与HU通信，FIU再通过I/O总线与DCS的控制单元通信。这样便实现了现场总线和DCS输入输出总线的集成，即现场总线和DCS控制站的集成。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,60,FCS和DCS-I/O总线的集成特点：,除了安装现场总线接口板或现场总线接口单元外，不用对DCS再做其它变更；充分利用DCS控制站的运算和控制功能块，即安全又可对现场总线仪表的功能块的补充；利用已有DCS的技术和资源，投资少，见效快，便于现场总线推广和应用。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,61,FCS与DCS网络的集成,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,62,现场总线服务器通过其DCS网络接口卡与DCS网络(DCSnet)通信，也可以把FCS看作DCS网络上的一个节点或DCS的一台设备。这样FCS和DCS之间可以互相共享资源。FCS直接借用DCS的操作员站或工程师站。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,63,FCS和DCS网络的集成特点：,除了安装现场总线服务器外，不用对DCS再做其它变更；在现场总线上可以独立构成控制回路，实现彻底的分散控制；现场总线服务器中一些高级功能块，可以与现场仪表中的基本功能块统一组态，构成复杂控制回路；利用已有DCS的部分资源，投资少、见效快，便于推广现场总线的应用。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,64,6，对主系统DCS的要求,主系统DCS功能应能与FF现场总线的性能实现集成，通过认证和测试并可在线下装；FF现场总线性能主要有:（1）自动节点寻址、（2）互操作性、（3）利用标准DDL对设备直接组态、（4）FF设备运行，维护和诊断数据的直接集成、（5）调整参数，模式，报警和数据质量、,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,65,（6）调整参数，模式，报警和数据质量、（7）无需关断网络，在主系统运行时就能实现现场设备的组态、（8）无需调试和启动延迟，主系统应具备向现有网络/网段中添加新的现场设备并可进性全部组态、（9）主系统应提供设备能力文件等。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,66,FCS与DCS共存或相融,从以上应用可知：DCS-FCS集成控制系统是利用已有DCS的技术和资源，最实际的数字化控制方案，便于现场总线的推广和应用。现场总线控制系统与DCS将相互兼容与互容。预计今后很长一段时间，DCS与FCS将共存及互补。,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,67,六，现场总线应用效益明显,世界级乙烯裂解一体化联合工厂的建成仅花费了27个月的时间，比计划提前了3个月，10套一体化工厂全部顺利建成。这主要是采用石化创新的IPMT+EPC+监理的项目管理以及聘用主要仪表供应商（MIV）进行项目管理、采用基金会现场总线的PlantWeb数字自动控制结构，从而加速了施工进程，保证了顺利运作，降低了维护费用，并为将来的发展构建了一个先进、开放的平台。现场总线数字控制系统的应用带来直接的经济效益，具体表现如下：,2020/5/16,中国石油和石化工程研究会-CPPEI,68,(1)简化工程设计，(2)彻底分散的分布式结构将1对1模拟信号传输方式变为1对N的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的A/D、D/A转换装置。(3)控制功能下装使危险更分散，大大缩短控制周期。(4)各类I/O卡件，端子等减少75%。(5)现场布线工作量减少，降低了安装成本，采用现场总