1.前言
　　由于煤直接液化项目中全部使用的是霍尼韦尔Experion PKS系统，煤间接液化装置建设在煤直接液化项目的厂区内，是以煤直接液化项目中煤气化装置的合成气为原料，利用煤直接液化项目中的公用工程进行煤间接液化生产的。考虑到相关装置之间的信号传输多、通讯数据量大，以及全厂控制系统一体化等因素。在煤间接液化项目控制系统的选型上，霍尼韦尔PKS系统就成了唯一的选择。
　　2.PKS系统结构
　　霍尼韦尔的Experion PKS过程知识系统，是目前最先进的控制系统之一，包含了霍尼韦尔三十多年来在过程控制、资产管理、行业知识等方面积累的经验，采用最先进的开放平台和网络技术，为工业企业提供一个全厂统一的过程控制、生产管理、设备管理、资产管理、等一体化的知识体系结构和全系列的解决方案。
　　Experion PKS系统能满足各种自动化应用要求，为过程控制、数据采集和批量控制提供一个开放式控制系统，能满足工业生产领域要求的灵活性、易用性、高性能和高可靠性。
　　Experion PKS系统的体系结构如下图所示。

　　Experion PKS系统的控制主干网络是容错以太网——简称FTE，是Honeywell公司开发的FTE驱动程序与Cisco交换机相结合的网络技术。FTE是在商用以太网技术上结合霍尼韦尔设计的鲁棒控制网络专长，成为霍尼韦尔的专利，作为先进的控制网络解决方案。通过为任意两个FTE节点提供多达4条通讯路径，FTE既可容错单故障点，还可容错多故障点。此外，FTE还支持普通以太网节点的连接和标准TCP/IP的应用（如本系统中的串口网络服务器，FDM现场设备管理站）。其拓扑结构是顶部连接在一起的双重并行树形网络结构，是冗余网络结构的单网，由冗余的交换机和通讯电缆构成。基本FTE网络是直至3层交换机设置的并行的两个树形结构。 FTE节点（本系统中的服务器/工程师站、操作员站、C300控制器类型的节点）含有FTE软件和双网络接口控制。FTE不仅提供容错技术，还提供工业控制应用要求的快速响应、传输的确定性和安全性等。一个FTE网段可连接多台服务器，最多可连接200个FTE节点和200个非FTE节点；一对服务器最多可带10台控制器、10台CONSOL站、40台FLEX站，2万个过程点。
　　过程控制网络（FTE）分为控制层（Level 1）和监视层（Level 2），控制层（Level 1）的设备主要有C200控制器和C300控制器；监视层（Level 2）的设备主要有服务器和操作站。
　　高级应用网络层（Level 3）是普通以太网，不是FTE网络。网上的设备有PHD服务器、多变量优化控制器、远程操作站等管理设备。
　　工厂信息网络层（Level 4）是通过防火墙连接的管理网。网上的设备有企业级高级应用服务器、安全只读访问过程画面的WEB服务器（e-Server）、工厂业务客户端等设备。
　　3.控制器的选择
　　煤直接液化项目使用的Experion PKS系统，原设计软件为R211.3版本，控制器使用C200控制器带PMIO卡件，如图3所示。由于C200控制器的顺序控制功能较差，不能完成PSA（变压吸附）的复杂逻辑控制，PSA控制采用了HPM控制器和PMIO卡件。HPM控制器是TPS系统的控制器，不是Experion PKS系统的控制器，再通过ESVT服务器把TPS系统升级到Experion PKS系统。
　　煤直接液化生产线在开车调试和试生产过程中，C200控制器和HPM控制器，多次出现控制器卡板硬件故障。因此，煤间接液化装置不再使用C200控制器和HPM控制器，而采用新型结构、性能可靠性的C300控制器。系统软件也相应升级为R311.2版本。C300控制器是HONEYWELL公司近年推出的换代产品，与C200控制器相比有如下优点：
　　3.1 采用全新的硬件结构设计：这些卡件不但在外形上是全新的，其内部电路也有很大变化，C300控制器采用了高性能的CPU芯片，处理速度更快、处理量比C200控制器增加了很多，采用了全新器件，性能指标上了新的台阶。可以完成PSA（变压吸附）的复杂逻辑控制。
　　3.2 采用全新的硬件结构，使C300控制器带C系列I/O卡件的体积只有C200控制器带PMIO卡件的1/2，由于硬件体积的压缩，使得机柜数量大量减少，同样规模的装置，采用C300控制器机柜数量，是采用C200控制器机柜数量的2/3。
　　3.3 C300控制器增加了控制器专用防火墙：使C300控制器免于黑客攻击。
　　①防火墙只允许与C300控制器有关的信息通过，通过TCP过滤的功能使只有带CDA的信号能够通过。
　　②I/O通讯和peer-to-peer通讯不受影响，保证确定性。
　　③限制广播流量，防止广播风暴。限制SYN flood攻击，防范Dos及DDos，避免C300控制器的处理器花费大量时间去清理这些垃圾信息，导致C300控制性能的降低。
　　3.4 C300控制器的通讯速率为100Mbps。工业以太网采用开放式802.3（载波侦听多路访问/冲突访问）星型结构100M带宽的组网方式，由于带宽的优势，在系统满负荷的情况下，网络一般处于低负荷状态，仍然能很流畅的工作。对于上层管理网络（MIS）不需要额外的协议转换器和网关。
　　3.5 C300控制器增加了Profit loop算法：“预估控制技术”已在很多项目上应用，其中Profit loop算法是霍尼韦尔的专利技术。 　　①Profit loop算法在控制器中的应用，提高了控制的鲁棒性，简化了PID调节的复杂性，提供强有力的PID闭环自整定功能。
　　②Profit loop算法已嵌入到控制器C300中，无需额外费用。可取代PID的控制算法。
　　③减少维护成本，增加过程稳定性多大30%。
　　3.6 先进的FOUNDATION现场总线技术使总线接口卡直接与控制器实现点对点通讯，大幅度提高了总线的通讯速度和通讯可靠性，有助于现有资产的优化。
　　4.煤间接液化装置PKS系统的硬件配置
　　该PKS系统用于煤间接液化装置的过程控制、现场Hart仪表设备的资产管理、以及管理调度信息集成等应用。煤间接液化项目包括了9个生产单元，设计为一个中心控制室。分为4个操作区域，操作一区为催化剂预处理和蜡精制两个生产单元；操作二区为费托合成和油品加工两个生产单元；操作三区为轻烃提浓和PSA制氢两个生产单元；操作四区为脱碳和凝结水回收及合成水处理三个生产单元。
　　4.1 操作站的配置：系统硬件配置需要根据各操作区的I/O点数和操作站的数量来确定。操作一区有914点，需要配置2台操作站；操作二区有2722点，需要配置7台操作站；操作三区有905点，需要配置2台操作站；操作四区有588点，需要配置2台操作站，共配置13台操作站。每个操作区必须配置50%以上数量，能与控制器直接通讯的CONSOLE操作站。该系统配置7台CONSOLE操作站，6台FLEX操作站。
　　4.2 控制器的配置：按照每个生产单元的控制器尽可能独立配置的原则，根据各单元I/O点的多少不同配置控制器。对于I/O多的单元可以配置多对控制器，对于I/O少的单元可以几个单元配置1对控制器。操作一区催化剂预处理和蜡精制两个单元配置1对控制器；操作二区费托合成单元配置2对控制器，油品加工单元配置2对控制器；操作三区轻烃提浓单元配置1对控制器，PSA制氢单元配置1对控制器；操作四区脱碳和凝结水回收及合成水处理三个单元配置1对控制器，共配置8对控制器。
　　4.3 服务器的配置：I/O总点数为5129点，一个FTE网络可支持2万个过程点，可支持多对服务器，每对服务器每秒钟平均访问控制器的参数为4000个，可连接200个FTE节点和200个非FTE节点。因此可选用一个FTE网络配置2对服务器，形成2套DCS系统。操作一、三、四区配置了1对服务器构成1套DCS系统；操作二区配置了1对服务器构成1套DCS系统，2套DCS系统之间的通讯，采用HONEYWELL的DSA技术。配置的2台工程师站分别对2套DCS系统进行组态。
　　4.4 交换机的配置：FTE节点和非FTE节点大约有40个，FTE网络采用1对48口的Cisco Catalyst 2960交换机，将控制层（Level 1）和监视层（Level 2）合并为一层，交换机提供100Mb传输速率。
　　4.5 现场设备管理站的配置：需要1台Hart设备管理站对现场设备进行管理，Hart设备管理站由霍尼韦尔现场设备管理站FDM以及Hart数据信息接口等构成，提供用于管理Hart设备的数据库、组态和管理模式、人机界面等。
　　4.6 PHD Buffer服务器的配置：与PMCC通讯需要1台PHD Buffer服务器（PMCC系统已在直接液化项目中建成）。
　　本系统的硬件型号选择：
　　●控制器—Experion PKS系统的C300控制器作为DCS主控制器。
　　●操作站—选用Dell工作站T5400计算机，配置霍尼韦尔专用的操作员键盘。
　　●工程师站—选用Dell工作站T5400计算机。
　　●系统服务器—选用Dell PE2950服务器。
　　●FTE网络交换机—选用Cisco WS-C2960-48TC-L交换机。
　　●PHD Buffer服务器-选用Dell PE 1430计算机（用于与PMCC通讯）。
　　●Hart设备管理站—选用Dell工作站T5400计算机。

　　●串口服务器（Terminal Server）—选用8通道的Nport 5630-8串口网络连接服务器（Terminal Server）