背景
今天，最終用戶希望擺脫那些封閉、專利型控制系統(tǒng)的限制，以激發(fā)他們工廠的潛力，創(chuàng)造更多的利潤(rùn)。他們?cè)趯ふ乙惶组_(kāi)放的自動(dòng)化架構(gòu)，可以將安裝的設(shè)備集成，并且和之前的系統(tǒng)共存――同時(shí)還要保護(hù)有價(jià)值的投資。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)在正在取代傳統(tǒng)的4-20mA平臺(tái)，甚至還要取代最近的一些部署，比如HART通訊協(xié)議，以形成現(xiàn)代化工廠自動(dòng)化架構(gòu)的基礎(chǔ)。作為雙向、完全數(shù)字化的通訊系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線支持更高程度的智能和更緊的流程控制。
現(xiàn)場(chǎng)總線通訊使得從工廠“挖掘”重要信息成為可能。將信息在正確的時(shí)間傳給正確的人，進(jìn)一步發(fā)揮操作員、技師和流程工程師的能力――使工廠運(yùn)行更加輕松、更加快捷、更加卓越?，F(xiàn)場(chǎng)總線還可以整合當(dāng)前的智能儀表和分析工具，在測(cè)量的時(shí)候充分接觸運(yùn)營(yíng)參數(shù)和數(shù)據(jù)。
擴(kuò)建以滿足更大的需求
為了跟得上其日益增長(zhǎng)的天然氣業(yè)務(wù)，塞爾維亞油氣公司正在建立一個(gè)更大的地下天然氣儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)。工廠位于塞爾維亞北部的Banatski Dvor，用于氣體注射、抽取和生產(chǎn)。通過(guò)壓縮機(jī)，氣體被注射到一個(gè)堅(jiān)固的外殼之中，生產(chǎn)則是從氣井中采集天然氣。
擴(kuò)建和設(shè)備改進(jìn)的結(jié)果，Banatski Dvor的氣體
注射能力將從現(xiàn)在的每天一百萬(wàn)立方米增長(zhǎng)到每天七百萬(wàn)立方米。而長(zhǎng)期計(jì)劃中的生產(chǎn)能力，將從現(xiàn)在每天1－5百萬(wàn)立方米增加到10萬(wàn)立方米。這個(gè)項(xiàng)目將降低冬天的電力消耗，減少夏天的天然氣用量，使塞爾維亞油氣公司和它的客戶受益。
氣體工廠追尋先進(jìn)技術(shù)
作為Banatski Dvor項(xiàng)目的一部分，塞爾維亞油氣希望安裝最先進(jìn)的流程控制技術(shù)，以優(yōu)化工廠效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。塞爾維亞的工程師們利用通用工業(yè)協(xié)議定制了一套工廠自動(dòng)化解決方案――不止是定制軟件――還包括開(kāi)放式、獨(dú)立于供應(yīng)商的控制系統(tǒng)平臺(tái)。
Banatski Dvor項(xiàng)目將現(xiàn)有的壓縮機(jī)控制和遺留設(shè)備整合到統(tǒng)一的、覆蓋整個(gè)工廠的自動(dòng)化架構(gòu)之中。工廠需要具有高可用性和高冗余性的本安技術(shù)，作為新的流程控制系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)需要支持緊急停機(jī)（ESD）、保管傳輸系統(tǒng)，同時(shí)整合梯形邏輯功能圖。
油氣處理系統(tǒng)包括：油井控制和監(jiān)測(cè)、管道聚集和輔助設(shè)備、油罐分離、設(shè)備、變頻變電和壓縮制冷；ESD控制；油氣保管子系統(tǒng)和壓縮機(jī)控制。
HSE驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整合
塞爾維亞油氣的工程公司W(wǎng)IG從2001年開(kāi)始就已經(jīng)有使用基金會(huì)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，所以這項(xiàng)技術(shù)就成了Banatski Dvor工廠自然的選擇。基于Smar’s SYSTEM302-7企業(yè)自動(dòng)化解決方案的現(xiàn)代化控制平臺(tái)用于處理橫跨氣體儲(chǔ)存到生產(chǎn)工廠的離散分布控制功能。
現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的高速以太網(wǎng)（HSE），是Banatski Dvor工廠控制主干的理想搭配。運(yùn)行速度達(dá)到100M/s，HSE是面向設(shè)備、子系統(tǒng)和企業(yè)整合來(lái)設(shè)計(jì)。它支持全部的現(xiàn)場(chǎng)總線功能，包括標(biāo)準(zhǔn)模塊和設(shè)備描述（DD），以及面向特定應(yīng)用的柔性功能模塊（FFB），用于先進(jìn)流程和離散/混合/批處理應(yīng)用之中。
HSE可以提供H1（）現(xiàn)場(chǎng)總線一樣的好處，但是卻處在子系統(tǒng)集成水平而不是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備水平。這項(xiàng)技術(shù)支持分散控制器和網(wǎng)關(guān)之間的互操作，就像H1支持來(lái)自不同供應(yīng)商的傳感器和啟動(dòng)器之間的互操作一樣。HSE設(shè)備中的柔性功能模塊可以使用國(guó)標(biāo)IEC 61131-3中的編程語(yǔ)言進(jìn)行安裝。
控制系統(tǒng)如何運(yùn)行
塞爾維亞油氣控制系統(tǒng)通過(guò)HSE遠(yuǎn)程I/O、遺留的HART設(shè)備和ESD子系統(tǒng)，整合了H1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。系統(tǒng)通過(guò)ModBus連接了壓縮機(jī)控制設(shè)備，并且使用OPC服務(wù)器連接了全部的人機(jī)界面。HSE作為數(shù)據(jù)高速公路，負(fù)責(zé)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和操作員工作站的通訊，同時(shí)還可以作為控制器之間的通信網(wǎng)絡(luò)。
通過(guò)基金會(huì)HSE， 多個(gè)CPU可以一起工作—作為企業(yè)集成的強(qiáng)有力骨干。與此同時(shí)，F(xiàn)FB技術(shù)使傳統(tǒng)I/O和邏輯在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)徹底集成成為可能。油氣工廠間的水平通訊由14個(gè)HSE節(jié)點(diǎn)和超過(guò)100個(gè)HSE外部連接完成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包括大量OPC服務(wù)器和OPC客戶端用于在線診斷、維護(hù)和校準(zhǔn)，第三方人機(jī)界面集成以及歷史趨勢(shì)描述和報(bào)告。
新控制系統(tǒng)的核心是多用途、高性能、整合型基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器。這些控制可以作為H1-H1網(wǎng)橋或者H1-HSE網(wǎng)關(guān)，允許現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的寬帶通信，也給持續(xù)控制策略帶來(lái)更大的靈活性。通過(guò)I/O卡，控制器也可以使用傳遞邏輯圖來(lái)執(zhí)行離散控制—支持單一、集成系統(tǒng)。
由于氣井結(jié)構(gòu)的特殊性，需要使用遠(yuǎn)程操作間對(duì)氣體注射和抽取進(jìn)行本地控制。每一座氣井都裝備有液壓驅(qū)動(dòng)的地表和地下閥門，如果通訊有中斷的話，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器進(jìn)行編程以獨(dú)立控制流程。系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程控制和本地人工越權(quán)的功能，本地的UPS至少可以提供開(kāi)關(guān)閥門一次開(kāi)閉循環(huán)所需的電壓。
在進(jìn)行流程控制規(guī)劃的時(shí)候，每一臺(tái)氣井分配一臺(tái)控制器。HART/H1現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)集成了遺留的HART傳感器，數(shù)字I/Ok而已直接連接到控制器I/O模塊上。現(xiàn)場(chǎng)總線控制器支持FFB用于梯形邏輯圖，允許基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的完成集成。
對(duì)于油氣管道和采集裝置的結(jié)構(gòu)，所有的氣井使用相同的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。每臺(tái)氣井都帶有溫度傳感器、壓力傳感器、質(zhì)量計(jì)和閥門定位器。這些設(shè)備通過(guò)基金會(huì)H1通道連到現(xiàn)場(chǎng)總線控制器上。自動(dòng)化系統(tǒng)處理來(lái)自分散容器的儀表和閥門以及容器周邊機(jī)械設(shè)備的信號(hào)。在項(xiàng)目的第二階段，新的容器將被安裝，這些容器上的儀表將連入空閑的控制器?？刂破鞴潭ㄔ趥鞲衅髯诱井?dāng)中，處理來(lái)自子站儀器和壓縮制冷機(jī)的信號(hào)。
交互式ESD可以提供過(guò)程控制系統(tǒng)的緊急停機(jī)功能，這臺(tái)控制器通過(guò)ModBus TCP/IP遠(yuǎn)程終端（RTU）協(xié)議連接到主系統(tǒng)之上。
氣體保管運(yùn)輸子系統(tǒng)應(yīng)用了冗余控制配置，包括三臺(tái)超聲波流量計(jì)、三臺(tái)壓力傳感器、三臺(tái)溫度傳感器、兩臺(tái)流量計(jì)算機(jī)以及氣體套色板。每臺(tái)流量計(jì)算機(jī)用于三條生產(chǎn)線，超聲波儀表置于同一條管道之中，一臺(tái)接著一臺(tái)，用于測(cè)量相同的氣流。
對(duì)于壓縮機(jī)站，嵌入式操作面板和控制通過(guò)Allen-Bradley
5/04 DH+協(xié)議連入到DCS當(dāng)中。使用Bradley 至ModBUS TCP/IP轉(zhuǎn)換器，面板整合到控制系統(tǒng)當(dāng)中。
控制系統(tǒng)的IS界面利用獨(dú)特的“分割結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)理念。MooreHawke ROUTE-MASTER解決方案包括帶有自動(dòng)化片段終端的壓縮型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備耦合器，以及返回（比如無(wú)流量限制）保護(hù)。這個(gè)解決方案允許1900米長(zhǎng)的線纜，而且沒(méi)有任何FISCO限制。出于整體溢出保護(hù)、冗余直流電和被動(dòng)電源整定的原因，解決方案使工廠的工作時(shí)間增長(zhǎng)。
結(jié)果顯示性能改善
由于使用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，塞爾維亞油氣已經(jīng)在它的流程自動(dòng)化架構(gòu)進(jìn)行了離散控制。控制是完全分散的，由不同控制器完成，確保整個(gè)系統(tǒng)可靠。除此而外，現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案在整個(gè)氣體工廠增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可用性。這包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和HART設(shè)備增加監(jiān)督的機(jī)會(huì)，更好的警報(bào)管理，事件和趨勢(shì)處理，通過(guò)遠(yuǎn)程配置改進(jìn)資產(chǎn)管理，診斷、預(yù)防性維護(hù)以及校準(zhǔn)。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線還幫助改善塞爾維亞油氣公司的底層生產(chǎn)線：通過(guò)減少線纜來(lái)主動(dòng)降低成本—更不要說(shuō)測(cè)試和試車的簡(jiǎn)單快速確認(rèn)。
總結(jié)
塞爾維亞油氣于2007年6月開(kāi)始安裝新的系統(tǒng)，設(shè)備現(xiàn)在仍然在運(yùn)行之中。計(jì)劃提出在Banatski Dvor的工廠持續(xù)擴(kuò)建，包括氣井從現(xiàn)在的7座增加到21做，在增添兩條壓縮機(jī)線?；诨饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)將和擴(kuò)建過(guò)程保持同步，包括ESD和外殼的增加，利用現(xiàn)在富余獲取更多信號(hào)，以及安裝新的現(xiàn)場(chǎng)總線傳感器。
