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1. 前言
勝利油田河口采油廠渤三站10*104m3/d LPG處理裝置采用和利時(shí)的MACS控制系統(tǒng)。目前系統(tǒng)投產(chǎn)一年半,運(yùn)行狀況良好，系統(tǒng)穩(wěn)定。
原則流程如下:對進(jìn)站的天然氣，采用兩級壓縮進(jìn)行處理，于級間采用分子篩脫水，利用兩級氨冷，逐步分離天然氣中的重組分，回收液化氣和輕油，產(chǎn)品是液化氣、輕油和干氣。面對競爭日益激烈的世界石油天然氣市場，那些舊的，落后的，煩瑣的人工操作方式已不能滿足發(fā)展的要求，從長遠(yuǎn)的角度來看，要降低生產(chǎn)成本，獲得最大化收益，要持續(xù)發(fā)展，全面改善油氣集輸?shù)墓芾硭剑捅仨毑捎孟冗M(jìn)的自動(dòng)化控制方案。為此，采用北京和利時(shí)的MACS控制系統(tǒng)。該MACS系統(tǒng)能夠?qū)λ嘘P(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，預(yù)設(shè)上下限報(bào)警，并通過信號遠(yuǎn)傳來自動(dòng)控制相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度，使整個(gè)生產(chǎn)過程始終保持在最優(yōu)狀態(tài)之下，能夠大大提高生產(chǎn)效率，降低事故的隱患，有效的節(jié)約人力，提高產(chǎn)量。
2. MACS系統(tǒng)的構(gòu)成，功能特點(diǎn)和應(yīng)用
2.1 系統(tǒng)概況
MACS控制系統(tǒng)組成：網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、工程師站、操作員站，網(wǎng)絡(luò)分為管理網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次。系統(tǒng)硬件包括2個(gè)主控器（冗余配置）、3個(gè)I/O機(jī)柜、1個(gè)安全柵機(jī)柜、2個(gè)服務(wù)器機(jī)柜、2個(gè)操作員站、1個(gè)工程師站，1臺打印機(jī)。
MACS系統(tǒng)具有的功能有：數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、閉環(huán)控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警監(jiān)視、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報(bào)表打印、高級運(yùn)算、組態(tài)、調(diào)試、診斷。
工程師站具有的功能有：建立目標(biāo)工程、系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、算法組態(tài)、圖形組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、事故庫組態(tài)、報(bào)警組態(tài)、系統(tǒng)編譯生成、系統(tǒng)數(shù)據(jù)下裝。
操作員站具有的功能有：在操作員站上運(yùn)行MACS系統(tǒng)專用實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，主要任務(wù)有顯示、會話、報(bào)警、日志管理、控制調(diào)節(jié)、歷史庫管理、系統(tǒng)庫管理。操作員站是重要的人機(jī)交互界面，利用專用工業(yè)鍵盤、軌跡球外部設(shè)備完成人機(jī)交互。包括（1）對現(xiàn)場工藝參數(shù)進(jìn)行采集；（2）對現(xiàn)場工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；（3）顯示工藝流程、趨勢圖、棒圖及其他圖形；（4）顯示報(bào)警畫面、切斷閥及設(shè)備狀態(tài)表；（5）打印生產(chǎn)報(bào)表、事故報(bào)表等。
服務(wù)器具有的功能有：將數(shù)據(jù)通過MIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，通過該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，管理者可瀏覽所有數(shù)據(jù)，參與生產(chǎn)抉擇，形成一個(gè)分級分層的管理系統(tǒng)。
2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為三層，管理網(wǎng)絡(luò)（MNET）實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站與服務(wù)器的互聯(lián)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SNET）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場制站與操作員站的互聯(lián)，控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制站與過程I/O站的通訊。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙層結(jié)構(gòu)，當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)不會影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性;現(xiàn)場控制站--主控單元由雙CPU組成，互為冗余，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí),自動(dòng)切換到另一個(gè),保證控制的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。通過服務(wù)器可以將數(shù)據(jù)發(fā)布到MIS網(wǎng)上,將數(shù)據(jù)孤島變?yōu)閿?shù)據(jù)共享。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下：
2.3 I/O統(tǒng)計(jì)
本裝置共有22個(gè)調(diào)節(jié)回路，均為單參數(shù)調(diào)節(jié)（一個(gè)為分程控制）。其中：溫度調(diào)節(jié)回路4個(gè)，壓力調(diào)節(jié)回路4個(gè)，流量調(diào)節(jié)回路2個(gè)，液位調(diào)節(jié)回路12個(gè)。
2.3.1、信號點(diǎn)統(tǒng)計(jì)
2.3.2、模塊數(shù)量
2.1 2.4 MACS系統(tǒng)技術(shù)新特點(diǎn)：
MACS系統(tǒng)采用了分“域”結(jié)構(gòu)形式，具有很好的開放性和合理性，可擴(kuò)展性強(qiáng)；高速的網(wǎng)絡(luò)體系，強(qiáng)大的硬件處理能力，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用方便性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能更加先進(jìn)；增加了硬件的可靠性和軟件的可靠性；單元級冗余設(shè)計(jì)，采用小模塊結(jié)構(gòu)，增加了多重過壓和過流保護(hù)措施，系統(tǒng)提供豐富的自診斷顯示信息；工藝合理性和安裝方便性，采用了國際最新的計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)，德國西門子的SMT表面貼裝工藝和多層板結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)I/O模塊的微型化, 所有模塊采用阻燃塑料外殼，工藝美觀。
同時(shí)在用戶經(jīng)濟(jì)性上，MACS系統(tǒng)做了以下改進(jìn)：在體系結(jié)構(gòu)、硬件性能、軟件功能和性能等方面都有很大提高，達(dá)到當(dāng)今國際先進(jìn)水平。系統(tǒng)每個(gè)控制站容量增大，可以減少控制站臺數(shù)，降低公共費(fèi)用；模塊損壞率降低；可以分散安裝在現(xiàn)場，節(jié)省大部分的信號電纜和施工費(fèi)用；公司提供多種工業(yè)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)模式和基礎(chǔ)組態(tài)，縮短工程周期和費(fèi)用。
3. MACS系統(tǒng)軟件組態(tài)、實(shí)現(xiàn)的功能
3.1 軟件組態(tài)
LPG整個(gè)控制組態(tài)在工程師站進(jìn)行，包括控制方案生成系統(tǒng)（ConMaker）組態(tài)和人機(jī)界面系統(tǒng)（FacView Explorer）組態(tài)。
控制方案生成系統(tǒng)組態(tài)包括：主控器配置、I/O設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、算法組態(tài)等。
人機(jī)界面系統(tǒng)組態(tài)包括：報(bào)表組態(tài)、報(bào)警組態(tài)、圖形組態(tài)。
報(bào)表組態(tài)：系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行的要求進(jìn)行報(bào)表組態(tài)，有工藝參數(shù)日報(bào)表、工藝參數(shù)月報(bào)表、工藝參數(shù)年報(bào)表、數(shù)據(jù)報(bào)警記錄報(bào)表、操作日志報(bào)表等
報(bào)警組態(tài)：根據(jù)系統(tǒng)要求和操作條件，設(shè)定硬件報(bào)警和工況數(shù)據(jù)報(bào)警。
圖形組態(tài)：按照LPG工藝流程圖繪制圖形，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)連接，連接的動(dòng)態(tài)點(diǎn)必須是數(shù)據(jù)庫內(nèi)定義的點(diǎn)。本系統(tǒng)的畫面有：3個(gè)工藝流程主畫面、16個(gè)工藝流程分畫面、可燃?xì)怏w報(bào)警監(jiān)控畫面、調(diào)節(jié)閥操作畫面以及其他系統(tǒng)輔助畫面。
3.2 關(guān)鍵控制方案的實(shí)現(xiàn)
3.2.1 進(jìn)站、外輸壓力的ESD控制
在儀表檢修、設(shè)備更換、流程更改或者其他不可避免的情況，為了保證不造成整個(gè)LPG裝置憋壓，在進(jìn)站和外輸管線處分別增加DN300的切斷閥，二者和壓力、手動(dòng)報(bào)警條件連鎖，構(gòu)成ESD控制。正常情況下，進(jìn)站切斷閥打開，外輸切斷閥關(guān)閉，一旦報(bào)警或者其他要求，進(jìn)站切斷閥關(guān)閉，外輸切斷閥打開，保證站內(nèi)設(shè)備和人員的安全。
3.2.2 原料氣壓縮機(jī)的控制
本裝置三臺原料氣壓縮機(jī)，根據(jù)廠家要求，組態(tài)如下控制：一級進(jìn)氣、二級排壓、潤滑油壓力、排氣溫度、軸承溫度等，彈出報(bào)警畫面，顯示超限參數(shù)，同時(shí)聲音提示操作工處理現(xiàn)場；如果出現(xiàn)極限條件，需要停機(jī)，則由程序運(yùn)算，輸出開關(guān)量信號到電氣控制室，停止壓縮機(jī)，避免事故的發(fā)生。
3.2.3 膨脹機(jī)的控制
天然氣透平膨脹機(jī)是天然氣分離設(shè)備中關(guān)鍵配套部機(jī)之一，當(dāng)增壓機(jī)流量因某種原因少于一定值后，增壓機(jī)葉輪因進(jìn)氣不足，造成氣流與葉片嚴(yán)重脫離，氣體在葉輪中產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，使出口氣流倒流而造成喘振，喘振現(xiàn)象發(fā)生將對機(jī)組的安全造成嚴(yán)重威脅，因此必須加以制止及預(yù)防。在進(jìn)口和出口加裝切斷閥，根據(jù)算法控制切斷閥的動(dòng)作，防止喘振的出現(xiàn)。
3.2.4 回流泵壓力的分程控制
傳統(tǒng)的分程控制只給出一個(gè)AO點(diǎn)，在DCS中與單回路的設(shè)計(jì)是一樣的，只能靠兩個(gè)分程調(diào)節(jié)閥的閥門定位器來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的控制，顯然沒有發(fā)揮DCS的技術(shù)優(yōu)勢。如圖所示。
對傳統(tǒng)的分程控制改進(jìn)如下：將分程任務(wù)改為由兩個(gè)AO點(diǎn)完成。比用現(xiàn)場分程精度高、易實(shí)現(xiàn)。可以在特殊情況下對各調(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，而且可以保證無擾動(dòng)恢復(fù)。一個(gè)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，另一個(gè)仍可處于自動(dòng)控制狀態(tài)，因此該方案實(shí)際上對傳統(tǒng)的分程控制進(jìn)行了功能擴(kuò)充，大大增加了操作的靈活性。
圖1 傳統(tǒng)的分程控制設(shè)計(jì) 圖2 改進(jìn)的分程控制設(shè)計(jì)
采用改進(jìn)的分程控制，能有效的保證回流泵的運(yùn)行，控制系統(tǒng)壓力平穩(wěn)，能夠起到提高產(chǎn)量的目的。
3.3 實(shí)現(xiàn)功能
3.3.1 可靠的控制策略
互為備用。主控器冗余、操作站冗余、服務(wù)器冗余。當(dāng)一條鏈路出現(xiàn)故障時(shí)不會影響數(shù)據(jù)的采集和控制，有力的保證了生產(chǎn)。
3.3.2 豐富的畫面顯示功能
在操作站顯示的畫面有系統(tǒng)畫面、3個(gè)工藝流程主畫面、16個(gè)工藝流程分畫面、可燃?xì)怏w報(bào)警監(jiān)控畫面、調(diào)節(jié)閥操作畫面、I/O設(shè)備操作畫面、數(shù)據(jù)歷史趨勢圖、調(diào)用菜單畫面、報(bào)警畫面、報(bào)表畫面、ESD操作畫面。操作人員通過調(diào)用這些畫面可以全面地了解全LPG裝置的運(yùn)行情況，并且能方便地對設(shè)備操作和控制。
3.3.3 故障診斷與報(bào)警處理功能
在系統(tǒng)畫面上列出了I/O設(shè)備的上電情況、通訊狀態(tài)、故障狀態(tài)；在各流程的操作畫面中都列出了各參數(shù)報(bào)警條件，記錄報(bào)警發(fā)生時(shí)的有關(guān)信息，如：報(bào)警的當(dāng)前值、故障標(biāo)簽名稱、報(bào)警信息、故障報(bào)警時(shí)間、確認(rèn)報(bào)警時(shí)間等，并對報(bào)警信息進(jìn)行管理。
3.3.4 報(bào)表功能
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種報(bào)表：工藝參數(shù)日報(bào)表、工藝參數(shù)月報(bào)表、工藝參數(shù)年報(bào)表、數(shù)據(jù)報(bào)警記錄報(bào)表、操作日志報(bào)表等，可以按照要求打印相應(yīng)的報(bào)表。還設(shè)計(jì)了時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，能夠按照要求的時(shí)間隨時(shí)打印。
3.3.5 數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能
數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，在其他崗位可以瀏覽數(shù)據(jù)。操作人員可在主控室對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控；公司經(jīng)理、廠長、工程師坐在辦公室甚至在家里也可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
4. 結(jié)束語
該LPG處理裝置的MACS系統(tǒng)自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，人機(jī)界面美觀實(shí)用，操作直觀方便。對運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障，MACS系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的進(jìn)行報(bào)警，并且能夠按照預(yù)定的程序投入保護(hù)。從總體上看，系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，收到了良好的效果，取得用戶的好評，為信息管理系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和管理水平跨上了一個(gè)新的臺階。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號