摘要：PAC8000工業(yè)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(tái)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,。為保證全廠安全性、可靠性,、平穩(wěn),、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,，用戶要求對(duì)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(duì)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(tái)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(tái)就可以對(duì)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(tái),，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。
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(jí)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(jí)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
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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(jí)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(hào)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(duì)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(hào)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(hào)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(jí)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,?？梢詣?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)?、常?guī)對(duì)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(tái)，以Windows XP 和組態(tài)軟件構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái),。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(tái)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(tái)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),。
關(guān)于GE智能平臺(tái)
GE智能平臺(tái)是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動(dòng)化控制的軟件,、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計(jì)算,。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€(gè)獨(dú)特的，靈活的,，超可靠的技術(shù)基礎(chǔ),，使得他們在包括能源、水處理,、消費(fèi)品,、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢,。GE智能平臺(tái)是一家總部設(shè)在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè),，是GE企業(yè)解決方案集團(tuán)公司的一員。想獲取更多信息,，請(qǐng)?jiān)L問：www.ge-ip.com/cn,。