生产调度指挥中心建设方案设计

中铝河南分公司生产指挥调度中心建设方案

1项目概况

中铝河南分公司，从建厂到现在已经有半个多世纪的历史，随着工艺的改进，产能的扩张，设备的控制手段也从落后到先进，从现场仪表到DCS，应有尽有。现在全厂分布着大大小小一百多套控制系统，五十多个控制室（氧化铝新系统19个，老系统26个，不含选矿厂、镓车间、动力车间）。随着技术的进步，生产控制的趋势是在向集中化、智能化方面发展，很多化工企业例如兴安化工和中铝山东分公司都实现了全厂生产的集中控制，实现了调度控制场所集中化、生产组织架构扁平化、人员岗位配置精简化、调度管理流程简单化、管理制度体系现代化，并优化了生产，取得了很好的经济效益。同样，实施生产调度管理中心项目也必然会给河南分公司带来管理上的变革和企业效益的增加。

河南分公司生产指挥调度中心项目计划分2到3期实施，项目一期包括氧化铝新系统、原氧化铝八车间（平盘、焙烧）、9组种分。项目二期包括氧化铝老系统。热电、水电、碳素根据河南分公司的需要在二期实施或在三期实施。

1.1项目建设目标

同行业标杆企业的水平，主要体现在三点：

1、推进生产管控模式改革，科学调整生产组织架构

2、减少生产管理环节，整合优化资源，降本增效

3、优化人力资源配置，提高执行力

投资省，见效快，合岔时间短，兼顾中长期投资成本。

稳定、安全、可靠、可扩展等性能良好，维护成本低。

1.2项目内容

河南分公司生产调度指挥中心项目分两期实施，一期包括氧化铝新系统和平

盘焙烧部分，二期包括氧化铝老系统部分和热电、碳素、水电等相关单位。

一期项目实施范围包括控制系统的整合集中、生产调度指挥中心建设、生产指标管理信息系统等三方面内容。

1.控制系统整合集中

项目一期控制系统整合集中内容包括氧化铝新系统配料、溶出、沉降、分解、老系统9组种分、蒸发和原八车间的平盘、焙烧。该部分包括18套HoneyWell 公司的DCS系统、12套西门子的PLC系统、1套三菱的PLC系统和1套AB的PLC 系统，共计32套系统。

一期控制系统清单如下：

二期控制系统清单如下：

项目实施后所有系统都集中到生产调度指挥中心进行生产监控，除部分需要现场操作设备的工序外所有控制室都整合到生产调度指挥中心，原控制室保留一台操作站，平时不具备操作权限，可供现场巡检人员使用，在紧急情况下可以授以操作权限。需要保留的现场控制室会保留原有的操作站，从功能上说生产调度指挥中心可以直接控制，但从安全和生产实际的角度考虑，此部分系统的操作权限设置在现场控制室，生产调度指挥中心只负责监控，项目一期需保留的现场控制室共计4个，见下表：

项目一期实施后取消的现场控制室共计15个，见下表：

二期也同样需要保留少量现场控制室和其余现场控制室都取消，取消后的现场控制室保留控制系统盘柜、服务器和一台操作站。

2.生产调度指挥中心建设

生产调度指挥中心定于

项目二期实施范围包括氧化铝老系统、水电、热电。内容包括控制系统优化集成、生产监控系统、管控系统集成、能源管理中心建设、设备运行管理系统等几方面的内容。

1.3整体规划方案

河南分公司生产调度指挥中心项目分两期实施，一期包括氧化铝新系统和平盘焙烧部分，二期包括氧化铝老系统部分和热电、碳素、水电等相关单位。

项目一整体规划包括以下功能，控制系统集中整合、全厂生产视频系统建设、

全厂管控系统建设、设备生产运行管理建设，能源管理中心系统建设。

控制系统集中整合包括了全公司氧化铝、热电、水电、碳素等生产部门的控制系统集中整合优化。由于是老厂，从一开始建设到规模不断扩大，设备不断增加，河南分公司的控制系统也因为建设的年代不同品牌、版本差异较大。针对这个特点，我们采取统一规划、分步实施、2个平台的方案。统一规划是指将所有控制系统都通过改造统一到以太网通信，并对全厂所有的控制系统IP地址、Vlan 划分、命名规则等作一个统一部署，组建一个全厂的生产控制网络。分步实施是指先易后难，先将目前整合比较容易的氧化铝新系统部分，初步建立全厂生产控制网络，为以后扩展整合其他部分打好基础，并通过一段时间的调整运行积累一些管理革新、人员培训方面的经验，为以后全厂的集中作好储备。2个品牌是指DCS采用HoneyWell的控制系统和平台，PLC平台统一为西门子WinCC平台，2个平台之间可以通过OPC共享数据。

全厂生产视频系统包括了全公司氧化铝、热电、水电、碳素等生产部门的生产视频监控，目前只有氧化铝新系统有统一的视频网络。在项目一期中视频网络暂不改变，在项目二期中原氧化铝新系统视频网络将不能满足要求，需要重新规划全厂的视频网络，并对现有的新系统视频网络重新作相应的部署。对于原各个分散的生产视频，通过改造现场的视频设备、组建统一的视频网络。改造后的视频网络与生产控制网络无任何关联，与生产办公网络相连，任何一台办公终端只要有权限就可以看到生产现场视频。

全厂管控一体化系统包括了全公司氧化铝、热电、水电、碳素等生产部门的管控一体化系统，目前只有氧化铝新系统有一个管控平台。现有的管控数据采集采用的是接口机双网卡的方式，接口机一路网卡对控制系统，一路网卡对实时数据库，2个网卡分别在2个网络上，实时数据库通过各个接口机读取数据。项目一期只涉及氧化铝新系统，这种采集方式可以暂时不变，等到项目二期，由于建成全厂生产控制网络，实时数据库可以直接接入生产控制网络，在同一个网络中实时数据库可以直接与各个控制系统通讯并读取数据，这样可以节省大量的接口机和网络设备并减少中间环节提高效率。现有管控系统通过防火墙实现控制网络与办公网络的隔离，但防火墙并不能绝对可靠地保证生产控制网络的安全，随着科技的进步，各种新的病毒和攻击方式会不断产生，原有的防火墙会逐渐落后，

有效性会不断降低，控制系统的威胁会越来越大。在项目二期中将采用网闸物理隔离的方式实现生产控制网络与办公网络的有效隔离，这种物理隔离方式不会随着科技的进步而降低有效性，会永久可靠地保证控制网络不受到来自办公网络的威胁。

生产指标信息管理系统

生产指标信息管理系统是

设备运行管理

能源管理中心系统

2分布式技术简介

2.1Honeywell的分布式技术

2.2西门子的分布式技术

3一期技术方案

3.1控制系统优化集成技术方案

中铝河南分公司生产调度指挥系统一期包括氧化铝新系统和老系统的9组种分和平盘焙烧共32套系统。其中HoneyWell的DCS系统有18套，其余为西门子、AB、三菱的PLC系统，其中HoneyWell的DCS系统详细情况见下表：

由表中可以看出除了焙烧4套系统外，所有HoneyWell的DCS系统都采用双网络冗余的系统结构，并且大部分系统是210版本。

方案一：

本方案将沉降的1套PKS R201、蒸发的2套PKS R201、9组种分的1套PlantScape R500升级到PKS R210系统并且补充相应的DSA授权。升级后原料、溶出、沉降、分解、蒸发的系统就统一到PKS R210版本，并且网络结构相同，硬件除了交换机不作任何改变，交换机更换成具备千兆上行能力的交换机，并增加一对核心交换机连接所有系统的交换机，通过统一规划后，将所有系统的地址、机器名、区间设置（资产）重新设置，使得各系统在同一网络上不会有冲突，在同工序之间的系统可以通过DSA实现跨系统的操作。各个系统的服务器、交换机保持原位置不变；每套系统保留一台操作站在原控制室，平时只有监视权限，在紧急状况下授予操作权限。通过DSA我们可以将多套HoneyWell的DCS系统虚拟成一套，从操作员角度感觉不到这里的差别。

焙烧的6套系统中有4套采用了FTE网络，并且使用的最高版本是R301，所以针对焙烧部分的6套DCS统一合并升级到新版，并采用FTE网络。升级完成后焙烧6套系统合并成一套，系统设置2套冗余服务器安置在原1#炉控制室；原6个控制室各保留一台Console站；现场Console站在紧急情况下授予控制权限，平时只有监视权限。生产调度指挥中心配置1台Console站和3套Flex站。

PLC部分分成4部分，原料部分、分解部分、沉降部分、焙烧部分。原料部分包括石灰炉、化灰机、破碎，这三套系统都是以太网通信，所以不需要硬件改

造就可以在规划IP地址后接入1对冗余WinCC服务器，冗余WinCC服务器接入原料磨DCS交换机。分解部分包括新系统2组分解搅拌、9组分解搅拌、种分循环水、40m沉降，这四套系统中只有40m沉降需要增加以太网模块改造成以太网通信，经过改造后4套系统在规划IP地址后接入1对冗余WinCC服务器，冗余WinCC服务器接入新系统种分DCS交换机。沉降部分包括絮凝剂和外排，这两套系统都需要增加网络模块改造成以太网通信，经过改造后2套系统在规划IP地址后接入1对冗余WinCC服务器，冗余WinCC服务器接入新系统种分DCS交换机。焙烧部分包括1#2#平盘、1#2#平盘热水加热、3#4#平盘热水加热，1#2#平盘使用老型号的三菱PLC，现在配件早已停产，需要用串口服务器将通信方式改成以太网，1#2#平盘热水加热、3#4#平盘热水加热可以通过增加网络模块改造，经过改造后3套系统在规划IP地址后接入1对冗余WinCC服务器，冗余WinCC服务器接入焙烧DCS交换机。

方案二：

原料、溶出、沉降、分解、蒸发、焙烧6个工序共18套DCS系统合并升级，并采用FTE网络，升级完成后，每个工序一套系统，每套系统配置2套冗余服务器，原控制室保留一台Console站，生产调度指挥中心每套系统配置一套Console 站和多套Flex站，生产调度指挥中心的操作站每套系统配1台Console站和多台Flex站。

PLC部分同方案1。

3.2生产控制系统网络技术方案

网络拓扑

网络线路

3.2生产监控系统方案

河南分公司氧化铝新系统生产视频系统相当完善，已经形成一个完整的视频网络，所有氧化铝新系统相关的生产视频都已经进入管控网络，并且可以在任何

一台管控终端上进行显示。在原二厂调度室，也就是现拟定的生产调度指挥中心有一套由18台CRT电视组成的电视墙，目前还在正常运行，但是整套设备有些老化。

根据尽量利用原有设备的原则，现有的生产监控视频系统保持现状，但生产调度指挥中心的电视墙已经老化且位置安置不合理，为了有效的利用空间，需要将现有的CRT电视墙更换成轻薄的液晶监视器。改造后，电视墙占用的空间大大减少且显示效果会明显提升。

对于1#2#平盘和5#平盘，由于其流程不属于氧化铝新系统，其生产视频没有进入到现有的生产监控视频系统，而是各自有独立的监视系统。其中1#2#平盘有1个摄像监控，5#平盘有4个摄像监控，每个控制室配一套硬盘录像机，硬盘录像机视频信号通过网络进入现有视频系统。

3.3管控系统方案

原氧化铝新系统管控一体化系统已经使用了几年，虽然整体结构不太合理、功能上有所欠缺、存在一些问题，但目前暂时可以满足生产的部分需要，所以这部分不做改变，保持原有功能。

原管控系统的接口机采用双网卡，其中一个网卡用于连接控制系统，另一网卡连接管控网络，控制系统在统一规划后IP地址会有所变化，原接口机连接控制系统的设置根据规划后的控制系统也要作相应改变。重新设置后原接口机还用以前的方式进行数据采集，管控系统则不需任何修改就可以维持原有功能。

1#焙烧炉、2#焙烧炉、4#焙烧炉、1#2#平盘、5#平盘、9组种分，这几部分的生产数据并没有进入到现有的管控系统中。在控制系统改造完成后，由于控制系统形成一个完整的网络，理论上原接口机可以访问任何一个控制系统并获取数据，原焙烧部分没有进入管控系统的控制系统数据可以由3#焙烧的接口机和3#4#平盘的接口机采集，9组种分控制系统的数据可以由新系统种分的接口机采集。

管控系统其它功能暂时保持不变，维持原有功能等到管控二期再进行大规模的改造。

3.4生产调度指挥中心机房方案

机房设计

河南分公司原氧化铝二厂办公楼一楼有一间管控系统的中心机房，机房内可利用空间较大，可以充分容纳生产调度指挥中心的设备安置。所以本方案中就不再建设新的机房，直接利用已有的中心机房。

电源设计

机房内原配电部分保持不变，考虑到控制系统的电源要求要高于管控系统，需要另外配置，系统电源采用双路电源进线，经过双电源自投装置后进入UPS，UPS电源输出分成2路，一路供网络设备使用，一路供生产调度指挥中心操作站使用。

UPS电源部分：

该部分采用机房专用配电箱来完成，它接到UPS送过来的单路电源，通过150A 总电源开关，输出到分支回路中，我们为该部分设计了十三条回路：服务器回路4条，交换机回路3条，工作站回路2条，消防回路1条，备用回路3条；

根据调度机房2×3DLP大屏和机房服务器交换机以及相关设备计算，本方安选择30KVA后备电源，同时保证机房设备安全选用带远程网络监视。

UPS电源选型

接地方案

利用氧化铝办公楼建筑物基础地作防雷地及电源地。建筑基础使用大面积钢筋绑扎，柱子主钢筋及四周墙体钢筋直通到达屋顶女儿墙防雷带。其接地电阻值一般都能满足GB50057—94的要求，即≦4Ω。

机房一般有四种接地形式，即：计算机专用直流逻辑地、交流工作地、安全保护地、防雷保护地。设计考虑采用原接地极，并采用联合接地方式；接地电阻应小于１欧姆。

直流工作地在大楼计算机机房内的布局，是作数字电路等电位地网（或逻辑接地网）。该网用铜排在活动地板下，依据计算机设备布局，纵横组成网格，配有专用接地端子，用编织软铜线以最短的长度与计算机设备相连。计算机直流地需用接地干线引下至接地端子。

原机房已有接地，可以在测试后直接利用已有接地。

3.5生产调度指挥中心建设

生产调度指挥中心平面图、效果图

生产调度指挥中心调度电话

4方案采用软硬件简介

4.1网络部分

核心交换机

汇集交换机

4.2视频部分

液晶监视器

4.3不间断电源UPS

山特

4.4霍尼韦尔

PKS新版介绍

4.5西门子

WinCC介绍

5项目实施方案

5.1项目实施原则

控制系统合叉，控制系统合叉以最低限度不影响生产运行为原则。DCS系统合叉：

5.2项目实施进度5.3设备材料清单