摘要：PAC8000控制系統(tǒng)以其在石油化工行業(yè)中的獨(dú)特特點(diǎn)，在西南油氣田廣安輕烴回收裝置中承擔(dān)了DCS、ESD、F&G、RTU以及天然氣流量計(jì)量任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了用戶在同一平臺上完成全部功能的初衷。
關(guān)鍵詞：天然氣，流量計(jì)量，PAC8000,GE, SIL2，DCS，ESD, F&G
西南油氣田廣安輕烴回收裝置生產(chǎn)規(guī)模為100X104m3/D，主要工藝裝置包括分子篩脫水裝置、輕烴回收裝置、產(chǎn)品氣增壓裝置、液化氣、輕油罐區(qū)以及裝車設(shè)施等。為保證全廠安全、可靠、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，用戶要求對全廠的控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)DCS，緊急停車聯(lián)鎖和可燃?xì)怏w/火災(zāi)檢測報(bào)警各采用一套獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)SIS，對于遠(yuǎn)離裝置區(qū)的生活區(qū)污水處理裝置的控制采用遠(yuǎn)程終端裝置RTU，同時(shí)實(shí)現(xiàn)滿足GB/T21446-2008標(biāo)準(zhǔn)的天然氣流量計(jì)量功能。
PAC8000系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可以達(dá)到防爆2區(qū)直接安裝，工作溫度在-40~70攝氏度之間，G3防腐認(rèn)證。同時(shí)，PAC8000系統(tǒng)可以在同一硬件平臺上實(shí)現(xiàn)DCS、ESD、F&G、RTU以及天然氣流量計(jì)量功能，用戶只需要使用一個(gè)軟件平臺就可以對所有的控制功能單元進(jìn)行組態(tài)、編程和維護(hù)，大大簡化了維護(hù)的工作量，同時(shí)減少了備件的種類和數(shù)量。
1. 系統(tǒng)構(gòu)成
由于整個(gè)系統(tǒng)采用了統(tǒng)一的硬件平臺，所以所有的控制單元均可以接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
整個(gè)系統(tǒng)中DCS部分主要負(fù)責(zé)裝置的正常生產(chǎn)和操作，其中控制器、電源、網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵IO部分采用冗余配置。ESD系統(tǒng)承擔(dān)裝置緊急停車任務(wù)，系統(tǒng)采用SIL2（IEC61508）安全等級標(biāo)準(zhǔn)配置和設(shè)計(jì)。F&G系統(tǒng)負(fù)責(zé)裝置區(qū)可燃?xì)怏w/火災(zāi)和消防報(bào)警，采用SIL2（IEC61508）安全等級標(biāo)準(zhǔn)配置和設(shè)計(jì)。RTU部分負(fù)責(zé)倒班生活區(qū)污水處理裝置的控制。流量計(jì)量模塊按照GB2008標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)4路天然氣管路流量計(jì)量功能。DCS、ESD、F&G、RTU控制站和流量計(jì)量模塊共享同一冗余網(wǎng)絡(luò)，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)組態(tài)和編程軟件，構(gòu)成一個(gè)面向全廠的、完整的、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，工廠內(nèi)成套設(shè)備自帶PLC 現(xiàn)場控制設(shè)備的相關(guān)信息，通過RS485 串口通信上傳至DCS 系統(tǒng)。
1.1控制器
根據(jù)裝置生產(chǎn)的特點(diǎn)和控制要求，DCS部分控制器選擇了冗余的PAC8000 混合控制器，該控制器具有高度靈活的數(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯控制和順序控制。ESD和F&G部分控制器采用冗余的PAC8000安全控制器，該控制器內(nèi)置狀態(tài)檢測回路，采用1OO1D表決方式，單控制器即可滿足SIL2安全等級要求，為提高系統(tǒng)可靠性和可利用率，本系統(tǒng)采用了冗余配置。RTU部分控制器采用PAC8000邏輯控制器，該控制器具有高度靈活的數(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯控制和順序控制，同時(shí)支持DNP3.0以太網(wǎng)協(xié)議。所有型號的控制器均采用IBM PowerPC 266MHz 32 位微處理器， 25M 內(nèi)存，雙以太網(wǎng)和雙串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點(diǎn)對點(diǎn)通訊以及OPC，可以實(shí)現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險(xiǎn)2 區(qū)，滿足G3防腐認(rèn)證要求。一個(gè)控制器最多可安裝64 個(gè)I/O 模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。
冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計(jì)算，同時(shí)互相傳送計(jì)算結(jié)果。當(dāng)一個(gè)控制器監(jiān)測到錯(cuò)誤時(shí)，無故障的控制器可以立刻接著進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。
1.2 IO模塊
PAC8000系統(tǒng)的電源、控制器和I/O 模塊可以直接安裝危險(xiǎn)2 區(qū)，部分I/O 模塊內(nèi)置本質(zhì)安全型
安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監(jiān)測以及LED 指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D 轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到16 位，模擬量輸出A/D轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到12 位，能夠?qū)ΜF(xiàn)場回路進(jìn)行檢測，內(nèi)置輸入變量線性化、工程單位轉(zhuǎn)換、開平方濾波、報(bào)警及冷端溫度補(bǔ)償運(yùn)算功能。IO 卡件具備最快20ms 模擬量調(diào)節(jié)功能，10ms 數(shù)字量控制功能和1msSOE 控制功能。
1.3 流量計(jì)量單元
流量計(jì)量單元屬于PAC8000系統(tǒng)中的特殊模塊，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)最多8路的天然氣流量計(jì)量功能。流量計(jì)量單元的所有參數(shù)和計(jì)算結(jié)果均可以通過以太網(wǎng)直接上傳至操作站HMI軟件顯示，同時(shí)也可以從操作站修改天然氣計(jì)量參數(shù)和組分參數(shù)。流量計(jì)量顯示畫面如圖2所示。
圖2 流量計(jì)量顯示畫面
2. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
GE公司提供本裝置系統(tǒng)所需的全部軟件，包括系統(tǒng)組態(tài)、控制策略
組態(tài)軟件WorkBench和人機(jī)界面HMI軟件Cimplicity。
2.1 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件
系統(tǒng)使用Workbench 進(jìn)行系統(tǒng)硬件和控制策略的組態(tài)。整個(gè)控制軟件涵蓋了關(guān)鍵控制回路IO冗余、單回路PID控制、串級控制回路、比值控制回路、報(bào)警聯(lián)鎖回路、計(jì)算累積回路，馬達(dá)控制回路等全部的生產(chǎn)自控程序。
2.2 人機(jī)界面軟件
操作站人機(jī)界面(HMI)軟件Cimplicity是基于Windows XP 操作系統(tǒng)的軟件。可以創(chuàng)建強(qiáng)大的、功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Microsoft Windows 的先進(jìn)功能，包括ActiveX 控件、OLE、圖形、網(wǎng)絡(luò)等。還可以通過添加自定義ActiveX 控件、向?qū)А⒊Ｒ?guī)對象、以及創(chuàng)建來擴(kuò)充的功能。操作站人機(jī)界面(HMI)軟件主要完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史記錄，數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報(bào)警及打印報(bào)表等重要功能。采用高性能計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)支撐硬件平臺，以Windows XP 和組態(tài)軟件構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平臺。提供友好的人機(jī)交互界面功能、圖形處理功能、報(bào)表處理功能、報(bào)警處理功能、查詢功能、用戶權(quán)限管理功能等。操作畫面如圖3和圖4所示。
圖3 DCS系統(tǒng)操作畫面
圖4 DCS系統(tǒng)操作畫面
3. 結(jié)論
廣安輕烴回收裝置采用GE公司PAC8000控制平臺實(shí)現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)、ESD緊急停車系統(tǒng)、F&G火氣系統(tǒng)、RTU遠(yuǎn)程終端單元系統(tǒng)以及天然氣流量計(jì)量，統(tǒng)一的控制平臺大大簡化工程實(shí)施、系統(tǒng)維護(hù)以及用戶備件種類和數(shù)量，為裝置順利開車和穩(wěn)定長周期運(yùn)行打下了牢固的基礎(chǔ)。
