煤化工工程仪表自动化技术应用

目前国内外以煤为原料生产化工产品的工厂中，采用了各种煤气化工艺，如常压固定床间歇气化、鲁奇碎煤加压气化、粉煤流化床气化、粉煤气流床气化，包括Shell 炉、GSP、Texaco 炉等等，各种气化方法均有其各自的优缺点，对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度互有差异。

煤气化技术经过150 多年的发展，形成了上百种炉型，工业化的炉型十余种，有代表的工业化煤气化炉型有：固定床UGI 炉、Lurgi 炉、BGL（熔渣固定床）炉；流化床（Winkler 炉、HTw 炉、U-Gas 炉、KRW 炉和CFB 气化炉）；气流床（K-T 炉、Texaco 炉、Shell 炉、Prenflo 炉、GSP 炉、航天炉）等。

煤气化技术种类较多，发展较快，各种炉型在中国都有过实验，中国可谓是世界煤气化炉的“博物馆”。

HT-L 航天炉粉煤气化工艺是由航天长征化学工程股份有限公司开发的先进煤气化工艺，是一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的工艺。HT-L 粉煤气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉，顶烧式单烧嘴，粉煤干法进料及湿法除渣，在较高温度1450 ℃及压力[4.0MPa(G)] 下，以纯氧及少量水蒸气为气化剂在气化炉中对煤进行气化。

本文对某采用航天粉煤气化工艺的煤化工工程项目仪表自动化技术应用情况进行介绍。



1 工程设计

1.1 工程概况

本项目拟利用某煤业集团丰富的煤炭资源，采用航天粉煤气化工艺煤制合成氨及后续化工产品。本项目的工艺装置包括：气化、空分、变换、硫回收（酸性气制硫酸）、脱硫脱碳、合成气压缩、氨冰机、氨合成、液氮洗、罐区、尿素装置、硝酸装置及硝铵装置等主装置和循环水场、脱盐水、污水处理及锅炉房等辅助生产装置。其中气化装置包括磨煤及干燥、煤加压及进煤、气化及合成气洗涤、渣及灰水处理等。根据“爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范”，上述装置区除循环水场、脱盐水、污水处理、锅炉房、二氧化碳压缩及空分装置为非防爆区外，其余生产装置均划分为“2区”。气化装置生产原料为煤粉，生产过程中不但产生CH3OH、CO、H2、CH4等易燃、易爆介质，也产生CO、H2S、NH3等有毒有害气体。另外高温、高压、深冷、腐蚀、堵塞、磨损、结晶等也是本工程仪表选型所考虑的主要问题。

1.2 总体目标

本项目设置先进、可靠、完备的仪表和控制系统，以确保生产装置安全、平稳、长周期、高质量的运行，实现企业的最大利润。总体目标如下：

1）人员健康、安全及环境保护方面达到高的标准。

2）在过程检测、常规控制及先进控制方面达到行业先进水平。

3）选用高性能、高可靠性和高性价比的仪表及控制系统，避免因仪表及控制系统故障引起装置非计划停工。

4）仪表与控制系统供应商具有优良的信誉和集成化，具有良好的操作培训支持和维护支持，实现最少的维护人员配置和最少的备品备件。

5）提供先进的工厂信息管理和控制一体化的数据平台，做到信息准确、资源共享，为生产和营销决策提供实时、可靠的依据。

1.3 总体规划

1.3.1 自动控制水平

1）本设计遵循“技术先进、经济合理、运行可靠、操作方便”的原则。

2）本工程主生产装置的监视、控制和管理由分散型控制系统（DCS）完成，在中心控制室（CentreControl Room － CCR）进行集中操作和管理。

3）安全仪表系统（SIS）独立于DCS系统单独设置。

4）各中心控制室的主要控制系统均应设置与全厂管理网的通信接口，提供全厂生产运行管理层（MES）所需的数据和网络结构基础。

5 ） 本项目过程控制层包括分散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS）、透平／压缩机组控制系统（CCS）、可燃/有毒气体检测系统（GDS）和设备包控制系统（PLC）等部分。DCS系统是全厂控制系统的基础，其他控制系统通过网络通信将过程数据传送到DCS。

1.3.2 控制室及机柜室的设置

1）概述

本工程采用中心控制室和现场机柜室（ F i e l d Auxiliary Room－FAR）分离设置方式。生产装置的控制系统操作站设置在相应的中心控制室，过程控制单元设置在相应的现场机柜室。

现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室，从现场机柜室到中心控制室的信号传输采用冗余光缆。

操作管理人员在中心控制室完成生产装置控制、监视、报警及报表等操作。

现场机柜室设置移动工程师站，用于开车前系统调试和维护等工作。

中心控制室设置各控制系统的工程师站，用于控制系统组态及维护。

2）中心控制室

中心控制室设置在非爆炸危险区域，采用抗爆结构。

本工程设置一个中心控制室，负责全厂各装置的操作管理。

3）现场机柜室

现场机柜室设置在非爆炸危险区域，采用整体抗爆结构。现场机柜室依据工厂总平面布置、与中心控制室的关系等条件，按装置或多个生产单元联合设置。现场机柜室的设置靠近相应的工艺装置，便于工程实施，合理减少电缆长度、节省工程费用等。

现场机柜室包括机柜室、空调机室、UPS室、工程师室、备品备件室等。

1.3.3 网络安全

为避免网络遭受外界的恶意攻击及网络病毒感染，同时为避免控制系统内及系统间因非必要信息的大量传输而导致的网络崩溃，采取如下网络安全措施。

1）控制系统内的网络安全

现场机柜室至中心控制室的通信采用工业级冗余网络交换机。各控制系统应采用分层控制网络，各层之间应有严格的访问控制权限，采用冗余网络交换机及冗余容错技术，使通信节点具有多路径选择能力。

控制系统应具有网络状态的实时诊断功能。网络交换机应具有预设置功能，使内部数据优先通信，控制器信息应具有最高优先级。

控制系统应具有域隔离功能。各网段间的通信采用有路由功能的网络交换机，不应将服务器作为网络交换机来使用。

控制系统网络应设置防病毒服务器，控制系统应具有备份和恢复功能。

2）DCS 系统与第三方设备间的网络安全

DCS 系统与第三方设备间的通信采用RS485接口，Modbus-RTU协议，不应将服务器作为网络交换机来使用。网络应拒绝接受控制器不需要的所有信息，对不重要的信息流进行控制。

3）过程控制网络与工厂信息网路通信安全

过程控制网络与工厂信息网络通信应采用防火墙隔离。

4）全厂各控制系统应设置时钟同步设施。

1.3.4 系统集成

在中心控制室集成各DCS系统的过程控制网，并统一经防火墙与工厂信息管理网连接。以太网是实现信息交换的主干网络，网络接口和通信要求必须保证速度快、负荷低、可靠、安全。SIS、CCS等系统具有各自特有的功能，在自成系统的同时，具有与DCS通信的功能。SIS、CCS等系统采用RS485接口，Modbus-RTU 协议与DCS进行通信，通信接口冗余配置。

过程控制层和生产管理层采用OPC的通信方式，在过程控制层设置实时数据库，为管理层的关系数据库提供生产数据平台。

1.4 控制系统设计原则

1.4.1 分散型控制系统（DCS）

DCS系统完成各生产装置的基本过程控制、操作、监视、管理，顺序控制、工艺联锁和部分先进控制等功能。

DCS系统由操作站、辅助操作台、打印机、大屏幕显示器、PC机、控制站、I/O 机柜、安全栅或/及端子柜、配电柜及网络设备等组成。中心控制室设置工程师站用于组态维护，故障诊断等工作。各中心控制室设公共的硬件平台及以太网接口用于连接全厂信息管理系统。控制站配置冗余的串行通信接口连接SIS、CCS、GDS、设备包PLC等系统。

DCS系统采用冗余技术与自诊断技术，DCS系统的供电单元、中央处理器卡、通信卡、电源卡、接口卡、重要控制回路的AI/AO卡件、重要检测回路中的AI/AO卡件应冗余配置。

1.4.2 安全仪表系统（SIS）

根据各生产装置不同的特点，重要的安全联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护应设置SIS系统。SIS系统设置在现场机柜室，各装置独立设置控制器，以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全。SIS系统按照IEC61508 中规定的SIL3 级设计，采用由TUV 安全认证的双重化、三重化（TMR）或四重化（QMR）的可编程序控制器完成装置的紧急停车（Emergency Shut-Down – ESD）。SIS系统按照故障安全型设计，与DCS系统实时数据通信,在DCS系统操作站上显示报警及打印。SIS系统设工程师站和顺序事件记录站（Sequence Event Recorder-SER），操作及显示报警通过辅助操作台上的开关、按钮和DCS系统的操作站来完成。

1.4.3 压缩机控制系统（CCS）

根据生产装置的需要， 设置压缩机控制系统（CCS），完成压缩机组的调速控制、防喘振控制、负荷控制及安全联锁保护等功能，并与装置的DCS进行通信使操作人员能够在DCS上对机组进行监视和控制。压缩机控制系统采用三重化或双重化的冗余、容错系统。

对于较简单的机组控制（如往复式压缩机），机组的监控可由DCS完成，机组的安全联锁保护由SIS完成。

1.4.4 可燃/有毒气体检测系统（GDS）

可燃气体、有毒气体检测系统（GDS）以现场机柜室（FAR）（或生产装置）为单位独立设置。生产装置内可能泄漏或聚集可燃、有毒气体的地方，分别设有可燃、有毒气体检测器，根据其布置情况设置现场声光报警设备，同时将信号接至GDS系统，GDS系统将信号通信至DCS系统，在中心控制室内设置专用的DCS操作站用于GDS系统的显示报警。

1.4.5 设备包控制系统（PLC）

操作控制相对独立或大型设备包的控制监视和安全联锁原则上采用独立的设备包控制系统。与DCS系统进行数据通信，操作人员能够在DCS操作站上对设备包的运行进行监视与操作。

设备包的现场仪表设计原则上与主装置一致，现场控制盘的功能要尽量少。应统一设备包PLC系统的制造商，降低备品备件及生产维护费用。

1.5 仪表与自动化设备

1.5.1 仪表选型与设计原则

1）一般原则

根据各装置的生产规模、流程特点、操作要求和自动控制水平，选择技术先进、性能可靠、价格合理的仪表和自动控制设备，供货商应具有良好的售后服务和技术支持。

SIS用关键的现场仪表应独立设置。

同时参与安全联锁和控制时，现场仪表应在现场分别独立设置。当无法独立设置时，采用信号分配器，现场仪表供电由SIS系统提供。

2）仪表防护

现场仪表的选用应满足工厂所在地的地域气候环境要求。现场安装的电子式仪表应至少满足IEC60529和GB4208标准规定的IP65的防护等级，非电子式的现场仪表应至少满足IP55的防护等级。

3）仪表防爆

所有现场安装的电子式仪表应根据危险区域的等级划分，选用符合IEC60079标准或GB3836标准，具有国家防爆合格证的产品。

1.5.2 温度仪表

就地温度指示采用国产双金属温度计。

集中显示和控制的测温元件采用合资（或引进技术）生产的热电阻（Pt100）或相应分度的热电偶。含煤粉、固体颗粒的介质配套耐磨型护套；设备表面及管道表面温度测量采用表面温度计和一体化（或分体）温度变送器。

温度计保护套管的材质根据工艺介质的特性选取，应优于管道（或设备）所用材质；至少与管道（或设备）所用材质相当。

气化炉高温高压测温装置包括气化炉炉壁测温和炉膛测温在内的专用温度仪表。由于气化炉反应温度高，负荷大，尤其国内煤种类型多，煤种不稳定，操作过程中炉膛温度波动大，温度场分布不均，容易造成局部温度过高，因此对气化炉运行温度控制的要求很高，如何快速准确的获得气化炉运行过程中的温度，尤其是关键部位的温度变得极为重要，直接影响气化炉能否正常运行和经济运行。高温高压测温装置设计有直插式和埋入式两种测温装置。

1.5.3 压力仪表

就地压力指示，根据被测介质的特性和使用环境，选用相应材质的国产（或引进技术）产品，如弹簧管不锈钢压力表、隔膜压力表或膜片压力表等。

对于脉动场合，如泵的排出管线等，选用耐震压力表。

对于强腐蚀性、含煤粉、固体颗粒、高黏度等介质，选用隔膜压力表或膜片压力表。

集中压力测量采用合资（或引进技术）生产的智能型电动压力变送器，含煤粉、固体颗粒的介质采用法兰远传压力变送器或采用吹气法测量方式。

只用于压力集中报警、联锁的压力测量采用合资（或引进技术）生产的非指示型压力开关。

集中差压测量采用合资（或引进技术）生产智能型电动差压变送器，含煤粉、固体颗粒的介质采用法兰式远传差压变送器或采用吹气法测量方式。

1.5.4 流量仪表

就地流量指示采用合资（或引进技术）生产的金属管转子流量计。

一般干净介质（液体、气体、蒸汽）的流量测量，根据工况不同分别选用国产标准节流装置、涡街流量计、楔形流量计。对于微压损、低流速流体流量测量，采用平衡流量计，其永久压力损失约为孔板的1/3，大大减少流体运行所需的能量消耗。

对于中小流量和微小流量，要求量程比不大于10:1的场合，仪表公称直径DN≤80mm，且要求精度不高于1.5级时，采用合资（或引进技术）生产的带远传指示的金属管转子流量计。

对于大口径管道的流量测量，采用巴类流量计。

对于灰水，黑水等含有固体颗粒介质的液固两相流的流量测量，采用合资（或引进技术）生产的楔形差压流量计和电磁流量计等。

项目所采用的粉煤流量计采用微波测量原理的粉煤流量计，避免了因采用辐射式粉煤流量计带来的安装、使用、维护等方面的困难。

1.5.5 液位仪表

就地液位指示采用磁翻板液位计。

大多数液面连续测量的场合，采用合资（或引进技术）生产的磁致伸缩液位计或差压式液位仪表。并根据使用场合的不同，采用了较多的吹气法、冲洗水法差压式液位仪表。

渣池、搅拌罐等选用雷达式或超声波式液位计。

对于煤粉仓等粉料料位的测量，采用微波式料位开关或辐射式料位开关以及采用合资（或引进技术）生产的射频导纳式料位开关。

1.5.6 分析仪表

根据工艺要求，采用不同的分析仪表对介质进行在线连续分析，如红外线气体分析仪、CO/CO2双组分分析仪、工业色谱仪、氧化锆氧分析仪、激光分析仪、电导率仪、NH3分析仪、CO分析仪、CO2分析仪、微量H2O分析仪、总硫分析仪和气体分析仪等分析仪表，在线分析仪应带有网络通信接口，能够接入工业以太网（TCP／IP协议）构成在线分析仪系统；也可通过串行通信接口（Modbus-RTU）与DCS进行数据通信。

在线分析仪一般选用单流路系统。如果不同流路的测量元件在相同范围内，并且生产工艺对较长的响应时间能够接受时，可选用多流路气体／液体分析仪。

1.5.7 调节阀

控制阀的选用根据工况，分别选用球型阀、蝶阀或调节阀。

气化装置中，煤粉加压输送系统中关键的切断阀、三通阀、调节阀，灰渣系统的锁渣阀、黑水调节角阀，氧气及氧气相关系统的切断阀和调节阀等，均为随工艺包配套提供的专有特种阀门。

2 安装调试

煤气化装置工艺复杂，自动化程度高，联锁逻辑及控制复杂，对操作要求很高。航天工程公司作为专业化工程公司，不仅为用户提供工程设计服务，还提供开车服务。本工程作为航天煤气化工艺大炉型示范装置，各方高度重视安装调试工作。为了确保一次开车成功，着重开展了以下两项工作。

2.1 建立操作员仿真培训系统（OTS），开展操作员仿真培训

操作员仿真培训系统主要应用于操作员工艺操作培训、操作规程的完善、企业安全生产演练、事故演习、工艺状况研究、操作员上岗前考核等工作，为用户的整个生产过程提供真实的模拟操作环境，目前越来越多的用户开始接受这种直观的培训和试验手段。

OTS 模拟DCS 上的操作功能，实现生产装置的仿真操作，用于培训操作人员的操作技能，包括开车、正常生产、正常停车、紧急停车、工艺切换和负荷调整等，并对操作人员的操作技能给予评估和考核。OTS系统使用独立的内部局域网，网络节点包括仿真计算机、教学工作站、培训操作站和外围设备等。OTS系统同时提供培训操作软件，开发和维护仿真模型，进行DCS 系统的组态。教学工作站软件可建立表格、画面和趋势显示，并能跟随模型的仿真变量进行变化。培训操作站具有与DCS 系统操作站相同的功能。OTS 系统与DCS 系统组态相同，包括仪表位号、数据、报警、量程、回路说明等；OTS 系统仿真模型的流程图和趋势画面与DCS 系统相一致。

2.2 控制系统调试

煤气化工艺联锁逻辑设计复杂严密，复杂控制回路多，为确保一次开车成功，自控设计人员除了对系统组态进行仔细的检查外，还配合业主完成以下工作。

1）系统硬件功能测试：包括通电测试、冗余模块自动切换及在线插拔等功能测试。

2）I/O（输入/输出）通道测试：在装置电缆连接结束后，进行检测回路的系统调校，主要工作包括核对信号的量程、工程单位，检查卡件有无损坏、系统点组态是否正确、仪表是否调校准确、信号线是否接好等。

3）控制回路功能测试：测试时主要检查回路的调节功能，例如正反作用方式、PID参数设定、测量跟踪以及其他一些特定功能（如输出限位等、无扰动切换等）。

4）报警、联锁、顺控系统功能测试：包括核对信号的报警、联锁值，测试时通过信号线短接、信号强制、信号旁路等手段，逐个条件进行测试，判断输出信号与要求的信号是否一致。

5）系统整体调试：在试车的第二个阶段，即联动试车阶段，仪表全部投入运行，进行系统整体调试，对系统软硬件进行全面检查和确认。

本工程在各方努力下，按照项目整体进度要求，有序开展安装调试工作，最终一次开车成功，确保了项目的顺利进行。

3 运行维护

本工程一次开车成功并顺利投产后，仪表自动化设备总体运行稳定可靠，提升了工厂的生产操作和管理水平，保障了装置的正常运行。为了向用户提供更深层次的服务，同时也为了满足航天工程公司本身的需求，依托本工程，研制完成了航天炉远程服务系统的试点项目，本节内容对此系统进行介绍。

3.1 概述

航天长征化学工程股份有限公司作为煤气化行业内典型的专业化工程公司，依托具有自主知识产权的先进煤气化专利技术和关键设备，专业从事煤气化工程设计或工程总承包，在煤气化工程领域形成了技术研发、工程设计、设备成套、工程管理及全生命周期服务的核心能力。随着公司煤气化装置投产项目的逐渐增多，为了便于及时掌握各现场气化装置运行情况，进行数据回归和分析，优化设计，为装置长周期运行提供保障，为用户提供增值服务，同时为远程故障诊断及智能控制提供技术基础和技术储备，在航天工程公司北京总部科研大楼建立煤气化装置远程服务中心，对各装置现场进行数据采集、运行情况监视、故障预判和远程操作指导等工作。

3.2 系统总体功能设计

煤气化装置远程服务系统的研究目的是为了便于公司及时掌握各现场气化装置运行情况，进行数据回归和分析，为优化设计提供有力的数据支撑；同时进行气化装置运行情况监视，及时作出故障预判，开展远程操作指导等工作，为装置长周期运行提供保障，为用户提供增值服务；另外还可为将来开展远程故障诊断及智能控制提供技术基础和技术储备。

系统主要完成以下目标：

1）采集各地气化装置DCS过程数据，传至北京远程服务中心并存储, 建立实时和历史数据库。

2）在北京远程服务中心通过高分辨率液晶显示器及DLP大屏幕，直观的动态显示各地气化装置工艺流程的实时工况、各工艺参数的趋势画面、报警信息，使工程技术人员及时掌握各地气化装置的运行情况。

3）北京远程服务中心不具备操作功能，不参与控制，数据传输为单向数据传输，实现“监而不控”。

4）具备WEB浏览功能，授权人员可在各地随时通过移动终端（手机、iPAD等）、电脑等掌握现场装置运行情况。

5）具有短信通知服务功能，重要报警信息及工艺参数自动推送至相关授权人员手机上。

6）系统具备良好的可扩展性，满足今后系统扩容的需要。

7）具备数据缓存功能，支持断点续传功能，当通讯网络故障时，数据可保存一定时间，待故障消除后，自动将数据上传到北京监控中心数据库。

8）具备完善的权限管理功能，实现分级管理。

3.3 数据采集、传输及应用系统设计

为保障系统安全性和可靠性，数据采集系统必须独立于装置操作运行层，和装置现场控制层完全脱离，并通过VPN对采集的数据进行传输。同时，为开展各种应用服务功能，在总部设计一套气化装置运行数据信息综合管理平台，用于数据管理、信息发布等功能。

3.3.1 系统性能

3.3.1.1 安全性

系统安全性是本项目研究的重点，包括数据采集和传输。为了打消用户出于安全方面的疑虑，保证数据采集和传输对控制系统的正常运行不会构成影响，本项目必须具备“监而不控”的功能，这就决定了必须采用单向数据传输的技术，不能向控制层传送数据；同时，需具备完善的信息隔离技术，包括硬件防火墙、网关技术、防病毒技术等，确保系统网络安全，防止系统受到黑客的攻击和病毒的侵扰，保证数据不被非法读取和修改。

3.3.1.2 可靠性

本项目包括多个子系统，除了保证系统整体稳定可靠外，重点研究数据传输的可靠性，这是系统整体运行稳定可靠的基础。

随着工业监控系统的发展，远程监控的需求越来越多，而选择最优化的数据传输方式，可以提高数据传输安全性和稳定性，并最大化的节省费用。一般远程监控通常采用无线方式，然而无线通讯比较容易受到干扰，GPRS等方式不能提供大数据量的稳定传输，无法突破城市之间的超远距离远程监控，难以满足工业需求，同时如果数据传输量较大，则运行费用比有线方式贵很多。在这种情况下，采用VPN和OPC的方式是一个较为理想的选择。

VPN（Virtual Private Network）是利用IP网络来传输私有信息而形成的逻辑网络，从而为用户提供高安全性，且比专线价格低廉的资源共享和互连服务,它具有同客户原有的私有网络相同的安全性、优先级特性、易管理性和稳定性。OPC则可以提供高速的数据传输性能，具有分布式COM的安全管理机制，并且开发简单。结合VPN和OPC开发的应用程序，不仅代码数量少，而且可以远程维护，非常适合本项目数据采集和传输的要求。

3.3.1.3 可扩展性

考虑到随着煤气化装置投产项目的逐渐增多，本项目方案不仅要满足现阶段监控系统的要求，同时还要满足未来系统扩容时，仍然能够满足整体的技术要求。因此，在系统设计中，要符合行业标准和国际标准，重点考虑通用性和灵活性，以便在未来系统扩容时，无需更改或仅做少量更改即可满足新的要求，并且不影响原系统的正常运行。

3.3.2 系统设计

建立远程服务系统的目的是搭建一个以北京总部为中心，以各地煤气化生产装置现场实时过程控制数据为基础的综合信息管理平台，实现对装置的生产过程进行实时监测，使管理层能够就近、实时了解装置的运行状况，为技术研究及管理层管理决策提供可靠的依据，并为以后的技术升级、维护提供数据支撑。

远程服务系统按项目要求为：装置现场数据采集层、数据远程传输、总部集中远程服务平台。

系统网络架构示意图见图3-4-1。



图3-4-1 系统网络架构示意图

3.3.2.1 装置现场数据采集系统

利用与实时数据库配套的专用数据采集程序，通过智能单向隔离网闸，实现对装置实时运行数据的单向采集，并将实时数据同步存储到数据采集转发服务器中。

智能单向隔离网闸是专为企业过程控制系统和管理信息系统之间进行单向物理隔离而开发的网络安全隔离设备，负责从各个DCS中采集数据，送到实时数据库中；隔离网闸集成了针对不同DCS系统设计的数据采集程序，同时以硬隔离的方式实现对控制系统的安全防护。

数据采集转发服务器负责采集气化装置生产过程控制系统的数据，具备数据缓存功能，支持断点续传功能，保存实时数据和历史数据。

3.3.2.2 VPN虚拟专网

借助公网专用技术，搭建数据上传通道，保证数据传输的完整、稳定。在装置现场与北京总部端分别部署VPN设备，搭建站点到站点的虚拟专用网络。

目前提供专网接入的网络运营商国内主要是电信、网通、联通3家，目前北京总部中心外网使用电信网络，各装置现场一般根据当地情况选择不同运营商。通过在VPN设备上增加跨运营商加速模块来弥补现有接入系统可能会造成的网络传输波动。

3.3.2.3 总部系统设计

通过在北京总部部署实时数据库与企业生产数字化管控平台，实现装置现场数据采集服务器采集数据与总部数据库之间的通讯，利用STS接口协议，借助VPN虚拟专用网络，实现总部数据库采集生产实时数据，并围绕总部数据库展开各种应用功能。

软件架构示意图见图3-4-2。



图3-4-2 系统软件架构示意图

通过部署移动客户端应用服务支持程序，实现在手机、IPAD等智能移动终端的浏览，不受移动客户端操作系统、品牌的限制。

通过在总部搭建内部办公网络，各工作站通过直接访问应用服务器实现各种管理应用，包括流程图监视、流程图回放、历史趋势查询、报警事件记录、报表生成与打印等。

生产装置在日常运行的过程中，可能某几个关键指标会对整个装置的安全具有非常重要的影响，正常生产过程中，这几个指标基本不会产生变化，但是一旦变化，将会对整个装置的安全运行产生重要影响，由于其超限的概率极低，容易造成监控人员会对其数据变化产生麻痹大意，为了避免这种情况发生，系统支持对某些重要信息的短信推送，通过及时传送给相关岗位领导或技术负责人员，及时处理，来避免安全事故的发生。

3.4 信息展示系统设计

在超大屏幕显示系统项目中，需要对大屏幕上的图像实时切换、拼接、放大显示，拼接技术的应用已经成为主流。

在本项目中，采用先进、成熟、实用、可靠的大屏幕投影显示技术与设备，一方面可实时、真实、清晰、方便地将各地煤气化装置的运行情况、联网的其他计算机信号和独立的计算机信号以及各种视频信号等在大屏幕投影显示墙上显示，以利于各级领导及专家及时的处理紧急事件，高效率的对事态的发展趋势、处置方案等进行分析、决策；另一方面，它也作为公司远程服务系统建设项目的一个亮丽的窗口，在对外宣传及提升企业形象等方面起到独特和重要的作用。

3.4.1 技术方案

大屏幕拼接显示设备从出现至今的发展过程中相继出现了3种主流技术，即：DLP（Digital Light Procession）背投拼接单元、PDP等离子拼接单元和LCD液晶拼接单元。目前，受限于整体PDP产业的凋零及其相对较高的成本，PDP等离子技术逐渐退出主流市场，同时，LED拼接显示技术进入市场。

远程服务中心的大屏幕显示单元主要用于流程画面和关键数据参数的显示，并且以全屏图像显示为主，分屏显示为辅。LCD液晶拼接虽具有超薄轻巧、低功耗、节能环保等优势特点，但较大的拼接拼缝使其影响全屏图像的显示以及数据参数的显示，因此不适合本项目；同时，由于房间纵深有限， LED显示墙分辨率低，不适合近距离长时间观看，因此也不适合本项目。

综合上述因素，根据本项目大屏幕显示系统的技术需求，并结合现场实际情况，最终采用DLP拼接系统。

3.4.2 系统集成

本系统采用巴可MVL-721 70寸显示单元，由8台MVL-721显示单元拼接墙体组成，采用2行×4列拼接方式。

DLP显示单元：包括投影机、屏幕、光源等，用于数据、流程画面等信息展示。

拼接控制器：满足信号显示的全部要求，支持多屏幕拼接显示中对任一尺寸的显示实现单一逻辑屏操作和控制。

控制电脑/管理软件：对所有需要在大屏幕投影显示墙上显示的应用进行全面管理，安排各类应用显示的区域和时间表；通过简单的路径、图标或模板实现窗口的打开、关闭、移动、缩放等应用操作；提供多级安全保障管理功能，可设置多种操作等级或权限。

集中控制系统：通过NEW IPAD触摸屏对所需设备进行实时控制，包括视频信号切换、显示模式调整、灯光分区及亮暗控制、窗帘和空调设备控制等。智能多媒体集中控制软件界面示意图如图3-4-3所示。



图3-4-3 智能多媒体集中控制软件界面示意图

4 工程创新总结

主要工程创新如下。

1）建立了操作员仿真培训系统（OTS）

煤化工等大型流程化工行业在我国国民经济中的地位是非常重要的，其工艺设备逐渐大型化，自动控制水平也越来越高，因而对生产运行人员的操作能力与水平有了更高的要求。通过使用仿真培训系统，让操作人员熟练掌握遇到一些常见事故情况如何进行操作处理，可以减少突发性事故和误操作，减少非正常停工，可为企业保持预计的经济效益，减少能耗和设备维护费用。

2）建立了航天炉远程服务系统

远程服务系统是信息网络技术、工业控制技术、数据通信技术等多种技术共同发展的结果，其应用领域十分广泛。本系统投用后，工程技术人员在北京监控中心通过高分辨率液晶显示器及DLP大屏幕，直观动态的监测各地煤气化装置工艺流程的实时工况、各工艺参数的趋势画面、报警信息，及时掌握各地装置的运行情况，有效的开展了故障预判和远程操作指导等工作，节约了大量往返奔波现场的成本。同时，用户高管人员利用移动终端随时随地掌握本厂煤气化装置运行情况，为用户提供了增值服务。同时，本系统投用后，成为公司一个良好的展示平台，尤其是一些潜在客户访问公司时，可以让客户不必亲临装置现场，即可了解各地气化装置的运行情况，加深客户对公司技术能力的印象，提升客户的满意度。