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一 原有400kt/a乙烯装置控制系统的网络配置
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原有400kt/a乙烯装置DCS的配置见图1所示，系统由1条LCN网络和2条UCN网络构成，其中UCN1有4台HPM控制1～10#裂解炉单元，UCN3有10台APM控制除1-10#裂解炉外的急冷、压缩、分离、加氢、11#裂解炉和成品罐区等单元，UCN3网络上还有2台LM(逻辑管理器)进行全装置的联锁控制，LCN上有13台US操作站、1个HM、1个AM和2个APP(1个用于优化控制，另1个用于PHD实时数据采集)。上述所有控制设备都位于CCR内，实现集中监控。
二 扩建控制系统的设计思路
乙烯装置改造是将乙烯生产能力从400kt/a提高到650kt/a，由于CCR内可利用的空间已不能放置大量机柜，且设计中要求仪表控制电缆不能离开现场太远(一般要求小于500m左右)，以免影响测量的准确性和控制的安全性，所以必须设立远程控制站，实现远程控制，集中操作。按照这一设计思想，制定了下列设计原则：
(1)在新建乙烯装置变电所(316)边上建一个远程控制室机柜间(NRR)，新区所有控制、联锁、分析、计量信号全部引入NRR；
(2)所有与操作有关的US操作站、辅助操作站、505(E)3机电子调速器、可燃气体检测仪等仪表装置均设置在CCR中，NRR中设立4台工程师站，也可作为后备操作站；
(3)在CCR中设置相关控制站采集辅助操作台上的开关信号，并控制A、B、C类报警灯状态；
(4)为解决新、老区控制系统的连接问题，确定采用DCS和ESD都分别设置远程站的方法，通过LCN扩展卡将DCS连接为一体；通过RXM扩展机架将ESD系统连为一体，其中DCS主机柜安装在CCR中，远程机柜安装在NRR中，ESD主机柜安装在NRR中，远程机柜安装在CCR中；
(5)远程机柜和本地机柜的通信通过双冗余光缆实现安全通信，2条光缆的敷设路线要求分开，以防止因光缆意外中断而引起事故；
(6)在ESD系统中实现控制的过程偏差报警信号和现场机泵的运行状态信号通过ESD与DCS间的通信接口实现在DCS中的显示、监控；
(7)ESD系统分布在新区和老区的工程师站、SOE站通过以太网相接；
(8)为防止光缆全部失效而引起停车困难，特别关键的停车信号从CCR中再通过硬接线直接连接到NRR中。
三 扩建后控制系统的网络配置
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根据设计原则经过各方面论证，采用图2所示配置方案，网络上各节点设备的地址分布情况如表所示。
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扩建后，LCN网络上增加了9台US操作站，2个HM，3个AM，2条UCN总线，11台HPM，2台SM(即ESD)。
(1)DCS由3条网络构成：
(a)工厂控制网络PCN，它是一条开放的以太网络，DCS可将过程网络的数据通过Honeywell的PHD软件上传到工厂网中，为生产管理和经营管理提供生产实时数据。
(b)LCN(也称TPN)，它是遵循IEEE802.4通信协议的局域控制网络，LCN网络是令牌传输的网络结构，持有令牌者发送信息，其他节点侦听信息，持有令牌者发送完信息，便把令牌传给下一地址节点，依次传递，直至地址最高节点，这个节点再把令牌送给地址最低的节点，在软件上形成一个令牌环。
LCN主要功能：在网络上各模件间传送所有信息；按有效规约和高速通信，保证实时信息交换；通过冗余的传输媒介及信息完整性检查，提供可靠通信；保持各模件时钟同步。
(c)UCN实时控制网络，它采用IEEE802.4T和ISO标准通信协议，是一种令牌式通信，是过程控制I/O和TDC3000系统之间连接的可靠平台，UCN最多可挂接32对冗余节点设备。
(2)老区中央控制室内LCN网络通过LCN扩展模块LCNE与新区LCNE相连，实现老区和新区LCN网络连成一个整体，实现统一操作。
(3)ESD通过安装在ESD内的SMM(Safety Management Module)模件实现与DCS中UCN网络相连接进行通信，每个ESD控制站都安装一块SMM，每块SMM上有2个UCN电缆接口与UCN网络的A、B电缆相连；DCS与ESD通信实现后，DCS将ESD101和ESD102作为UCN网络上的设备进行管理。
(4)每个ESD内有1块NCM(Network Communication Module)模件实现与ESD工程师站通信，结构见图3。
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各Tristation1131工程师站与远程SOE(Sequence Of Events)站通过Hub以星形方式连接通信；工程师站内可安装Tristation1131组态软件和SOE监控软件，也可将两种功能分开设置，NCM模件采用TCP/IP802.3协议通信，通信速率达10MBaud，标准通信距离达185m；
(5)ESD本地机架和远程机架间通过主RXM模件和远程RXM模件实现远程通信，通信距离可达12km，RXM模件由完全相同的模件组成，RXM支持光调制解调和点对点光缆通信，每个主RXM模件支持3个远程RXM，每个远程RXM与主RXM通信需配6条光缆；
(6)为实现DCS和ESD的资源共享，通过以太网络将Tristation1131工程师站和GUS站相连通信。
四 网络新技术在过程控制中的应用
(1)LCNE光纤通信的应用是DCS系统LCN网络远程扩展的重要技术，LCNE是LCN的扩展接口模件，必须成对使用。
它具备光电转换或电光转换功能，用于把在光缆中传输的电信号转换为光信号和在光缆中传输的光信号转换为电信号的功能，2块LCNE模件和1条冗余光缆就可把不在同一区域的LCN网连接起来，使远程控制系统集成为一体化系统。这种方法可使LCN网通信距离最多扩大到2km，而仅用同轴电缆传输的信号通信距离不能超过300m，所以使用LCNE光缆通信具有很大优势。
系统配置时只需把LCNE模件安装到适当DCS系统LCN网络上的某个5槽卡件箱的卡槽中接受电源，再连接上光缆和相应的同轴电缆，而不必进行任何与之相应软件设置和组态。要注意的是LCN网是冗余配置的，有LCNA和LCNB两条网络，所以最多需要4块LCNE模件和两条光缆就可把LCN网扩展到所需要的地方，解决了两个控制室距离远、信号易衰减的问题，同时也有效解决了新区LCN网络和老区LCN网连接问题。
还有一种实现LCN网络相连接的方法是采用新、老区各组一条LCN网，两条LCN网之间用网关(NG)相连，此种方式从新区读老区的数据或从老区读新区的数据就受到限制。而现在采用的方法使乙烯装置新、老区的联系十分紧密，是一体化方案，因此这种组成一条LCN网的方法比用NG连接2条LCN网的方案相比有更多优点，投资更省，新、老区DCS中数据和信息更易共享，其间软件组态上的障碍更少，更有利于工艺生产。
(2)ESD使用远程机架和光纤通信技术，解决了主控制器和远程机架的通信问题，实现了在CCR中辅操台上控制按钮、开关和灯屏信号的远程控制，通信原理见图4。
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ESD系统中的3重化CPU位于主机架上，若采用扩展机架连接ETP板，从主机架到最后扩展机架的I/O电缆长度不能超过30m，不能满足实际需要。老区配置远程ESD机柜用来接受US辅操台上操作人员所控制的按钮、开关等信号和发送到辅操台上的灯屏报警信号，而新区机柜间安装ESD带CPU的主机架和用来接受和发出到新区现场信号的扩展机架，新、老区间通过远程机架用光纤互连。乙烯新区共有两套ESD系统，对应每1套系统，每个系统在老区各有1个远程机架，每个远程机架上有3块RXM卡，每块RXM卡有1路光纤接头，这样每套ESD系统在新、老区之间有3路光纤通信，对应着3路I/O通道，进行“3选2”表决，可靠地传输通信信息，从而有效实现了ESD的远程扩展。
(3)DCS和ESD的高效通信及SMM卡的应用。
SMM卡是Triconex公司和Honeywell公司联合开发的安全管理模件，它实现了将ESD中各种数据(包括AI/AO模拟量和DI/DO数字量、内存点等数据)传输到DCS上显示和报警，同时可从DCS上监视ESD系统各模件工作状态，检测和诊断两系统间的通信状况，提供报警功能和诊断信息。同时，通过SMM模件，DCS也可对ESD中数据点进行操作，但为了尽可能保证ESD的独立性，提高其可靠性，一般不使用DCS写入功能。
SMM主要功能有：
(a)处理关键I/O点，并把处理结果传递到DCS；
(b)处理Tricon 报警，并将结果传输到用户定义的DCS目标画面中；
(c)读/写假名数据，以便满足DCS需求；
(d)读取Tricon的诊断信息，在DCS上显示；
(e)写保护锁定所有来自TDCS3000修改Tricon安全系统的数据源；
(f)与DCS主机时钟同步。
SMM模件安装在ESD卡槽上，作为ESD系统1个通信卡件进行工作，在卡件正面有1对UCN电缆接头，可直接连在UCN分支电缆上。它既属于DCS系统，又属于ESD系统，在两个系统中都必须对其进行组态，定义设备的地址和装载属性文件。但这只是为在DCS上监视ESD系统各模件工作状态提供了可能，要实现将ESD系统中输入输出和内存数据传输到DCS上显示和报警，还要在DCS中逐一进行相应点的组态。虽然DCS和ESD系统的通信还可用SI卡串口通信、采用Modbus协议等方法实现，但是用SMM卡通信可靠、迅捷、通信量大、速度快。
(4)UCN网的环网技术在DCS系统配置中应用。
由于整个新增乙烯装置I/O过程点数目十分巨大，UCN网到LCN网的信息传输量太大，只用一对NIM网络接口和1条UCN网不能满足要求，因此新增了两条UCN网和两对NIM网络接口，构成UCN4和UCN5 2条网络，而从1条UCN网直接向另1条传输数据是不可能的。在老区的两条UCN网，当从1条UCN网向另一条传数据，需要在AM中建点进行过渡，这不但降低了信息数据传递的可靠性，而且浪费了系统大量资源，增大了LCN网的通信量和AM的工作量。新区使用了环网技术把UCN4和UCN5两条网络在物理上连成1条网络，通过软件组态可使两条UCN网上的点相互映射，那么从1条UCN网就可直接利用另1条网映射过来的数据。这些数据只在UCN过程控制网中传递，通信量减少，可靠性提高。
(5)采用以太网构成在DCS和ESD数据的共享、资源共享，有利于生产的管理。
DCS的GUS工程师站和ESD系统的Tristation1131工程师站、SOE监视站等都可直接挂在以太网上，数据可通过网络传输，外设资源得到共享。如要对ESD系统的程序进行备份，但其监控站没有ZIP驱动器，无法直接存储，而DCS的工程师站GUS上有ZIP驱动器，只要配备1台，即可实现互为工作。
在LCN网上接上PHD设备，以PHD为工作平台，装载通用接口程序和历史采集软件RDI，即可将实时过程数据传送到工厂管理网PCN的服务器中，管理人员就可在各自的办公室中通过普通PC观察到生产过程的状态。结合这些实时过程数据，生产调度、计划财务、采购、销售人员通过ERP企业资源网进行全公司的生产、经营管理和决策。
五 网络系统中的安全性问题
在网络系统中使用新的网络技术时，不但要保证其先进性、高效性、经济性，更要保证其可靠性、安全性、稳定性。无论如何配置系统，安全都是第一位的，为此从总体上作如下考虑：
(1)在实现光纤通信时对相关设备采用充分的容错配置，每一端LCNE卡件都用一对冗余的配置，分别装在两个卡件箱中，分别配置不同来源的电源(UPS与市电)。冗余的1对光纤分两路离开机柜间，从不同线路铺设到中控室。这样无论哪一个设备或一段光纤有问题，都不会造成LCN网的通信故障，在两路光纤敷设时，需保证长度必须相差不大，否则不能保证数据通信的可靠性。
(2)ESD系统是3重化紧急停车系统，远程机柜的配置与之相适应，3路光纤对应3路I/O总线，任何一路有故障都可通过表决来避免错误结果，RXM远程通信模件也是3重化设置，因此系统安全等级很高。
(3)尽管LCNE和光纤的容错配置已经使LCN网的通信故障的可能降低到极小，但为以防万一两路光纤同时都出现故障时，新、老区之间的通信中断，系统变成两个独立的LCN网继续工作，所以在新区配置两台工程师站作为后备操作站，通过它继续监控生产过程，确保生产控制万无一失。
(4)同样，若ESD的光纤通信发生事故，即通信完全中断，设计中对重要的停车信号设置了硬接线来保证操作信号能安全到达ESD中。对于停车按钮每个信号接出两路信号，1路接到老区远程机柜ETP板，进入远程机架的卡件，由光纤送到主机柜的CPU中处理；另1路经远传电缆直接连接到新区机柜间中，作为I/O信号接入ETP板进入ESD并与远程机架传来的信号进行“或”逻辑运算，只要有1路信号传到ESD，ESD都会作出正确的判断，执行相应功能。
控制系统和联锁系统网络配置是650kt/a乙烯改造中十分重要的环节，新技术的应用满足了特大型生产装置扩容改造的需要，尤其是一些技术在公司内是首次使用，实现一次成功，取得预期效果，保证了改造工程的顺利实现。系统投用后运行非常平稳，为安全稳定生产提供了可靠保证。