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          MACS控制系統在10*104m3/d LPG處理裝置中的應用
          • 企業:控制網     領域:人機界面     行業:石油天然氣    
          • 點擊數:1076     發布時間:2005-07-04 15:43:30
          • 分享到:
          本文介紹了在LPG處理裝置中,選用和利時的MACS控制系統的基本原理,系統構成,和應用效果。對于中大型的LPG處理裝置采用本系統能有效的控制現場,提高產量,保證生產,避免事故的發生。


          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的MACS控制系統。目前系統投產一年半,運行狀況良好,系統穩定。
              原則流程如下:對進站的天然氣,采用兩級壓縮進行處理,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展的要求,從長遠的角度來看,要降低生產成本,獲得最大化收益,要持續發展,全面改善油氣集輸的管理水平,就必須采用先進的自動化控制方案。為此,采用北京和利時的MACS控制系統。該MACS系統能夠對所有關鍵參數進行實時顯示,預設上下限報警,并通過信號遠傳來自動控制相應調節閥的開度,使整個生產過程始終保持在最優狀態之下,能夠大大提高生產效率,降低事故的隱患,有效的節約人力,提高產量。
          2. MACS系統的構成,功能特點和應用
          2.1 系統概況
              MACS控制系統組成:網絡、服務器、工程師站、操作員站,網絡分為管理網絡、系統網絡、控制網絡三個層次。系統硬件包括2個主控器(冗余配置)、3個I/O機柜、1個安全柵機柜、2個服務器機柜、2個操作員站、1個工程師站,1臺打印機。
              MACS系統具有的功能有:數據采集、控制運算、閉環控制輸出、設備和狀態監視、報警監視、實時數據處理和顯示、歷史數據管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調節、報表打印、高級運算、組態、調試、診斷。
              工程師站具有的功能有:建立目標工程、系統設備組態、數據庫組態、算法組態、圖形組態、報表組態、事故庫組態、報警組態、系統編譯生成、系統數據下裝。
              操作員站具有的功能有:在操作員站上運行MACS系統專用實時監控軟件,主要任務有顯示、會話、報警、日志管理、控制調節、歷史庫管理、系統庫管理。操作員站是重要的人機交互界面,利用專用工業鍵盤、軌跡球外部設備完成人機交互。包括(1)對現場工藝參數進行采集;(2)對現場工藝參數、設備狀態進行監視;(3)顯示工藝流程、趨勢圖、棒圖及其他圖形;(4)顯示報警畫面、切斷閥及設備狀態表;(5)打印生產報表、事故報表等。
              服務器具有的功能有:將數據通過MIS網絡發布,通過該網絡系統,管理者可瀏覽所有數據,參與生產抉擇,形成一個分級分層的管理系統。
          2.2 網絡構成
              整個網絡分為三層,管理網絡(MNET)實現工程師站、操作員站與服務器的互聯,系統網絡(SNET)實現現場制站與操作員站的互聯,控制網絡(CNET)實現現場控制站與過程I/O站的通訊。系統網絡為雙層結構,當一條網絡出現問題時不會影響到系統的正常運行,提高了系統網絡的穩定性;現場控制站--主控單元由雙CPU組成,互為冗余,當其中一個出現故障時,自動切換到另一個,保證控制的可靠性、數據傳輸的連續性。通過服務器可以將數據發布到MIS網上,將數據孤島變為數據共享。系統結構簡圖如下:


          2.3 I/O統計
              本裝置共有22個調節回路,均為單參數調節(一個為分程控制)。其中:溫度調節回路4個,壓力調節回路4個,流量調節回路2個,液位調節回路12個。
          2.3.1、信號點統計


          2.3.2、模塊數量


          2.1 2.4 MACS系統技術新特點:
              MACS系統采用了分“域”結構形式,具有很好的開放性和合理性,可擴展性強;高速的網絡體系,強大的硬件處理能力,軟件設計應用方便性,使整個系統的性能更加先進;增加了硬件的可靠性和軟件的可靠性;單元級冗余設計,采用小模塊結構,增加了多重過壓和過流保護措施,系統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算機芯片技術,德國西門子的SMT表面貼裝工藝和多層板結構,實現I/O模塊的微型化, 所有模塊采用阻燃塑料外殼,工藝美觀。
              同時在用戶經濟性上,MACS系統做了以下改進:在體系結構、硬件性能、軟件功能和性能等方面都有很大提高,達到當今國際先進水平。系統每個控制站容量增大,可以減少控制站臺數,降低公共費用;模塊損壞率降低;可以分散安裝在現場,節省大部分的信號電纜和施工費用;公司提供多種工業系統的控制設計模式和基礎組態,縮短工程周期和費用。
          3. MACS系統軟件組態、實現的功能
          3.1 軟件組態
              LPG整個控制組態在工程師站進行,包括控制方案生成系統(ConMaker)組態和人機界面系統(FacView Explorer)組態。
              控制方案生成系統組態包括:主控器配置、I/O設備組態、數據庫組態、算法組態等。
              人機界面系統組態包括:報表組態、報警組態、圖形組態。
              報表組態:系統根據運行的要求進行報表組態,有工藝參數日報表、工藝參數月報表、工藝參數年報表、數據報警記錄報表、操作日志報表等
              報警組態:根據系統要求和操作條件,設定硬件報警和工況數據報警。
              圖形組態:按照LPG工藝流程圖繪制圖形,然后進行數據動態連接,連接的動態點必須是數據庫內定義的點。本系統的畫面有:3個工藝流程主畫面、16個工藝流程分畫面、可燃氣體報警監控畫面、調節閥操作畫面以及其他系統輔助畫面。
          3.2 關鍵控制方案的實現
          3.2.1 進站、外輸壓力的ESD控制
              在儀表檢修、設備更換、流程更改或者其他不可避免的情況,為了保證不造成整個LPG裝置憋壓,在進站和外輸管線處分別增加DN300的切斷閥,二者和壓力、手動報警條件連鎖,構成ESD控制。正常情況下,進站切斷閥打開,外輸切斷閥關閉,一旦報警或者其他要求,進站切斷閥關閉,外輸切斷閥打開,保證站內設備和人員的安全。
          3.2.2  原料氣壓縮機的控制
              本裝置三臺原料氣壓縮機,根據廠家要求,組態如下控制:一級進氣、二級排壓、潤滑油壓力、排氣溫度、軸承溫度等,彈出報警畫面,顯示超限參數,同時聲音提示操作工處理現場;如果出現極限條件,需要停機,則由程序運算,輸出開關量信號到電氣控制室,停止壓縮機,避免事故的發生。


          3.2.3  膨脹機的控制
              天然氣透平膨脹機是天然氣分離設備中關鍵配套部機之一,當增壓機流量因某種原因少于一定值后,增壓機葉輪因進氣不足,造成氣流與葉片嚴重脫離,氣體在葉輪中產生強烈渦流,使出口氣流倒流而造成喘振,喘振現象發生將對機組的安全造成嚴重威脅,因此必須加以制止及預防。在進口和出口加裝切斷閥,根據算法控制切斷閥的動作,防止喘振的出現。


          3.2.4  回流泵壓力的分程控制
              傳統的分程控制只給出一個AO點,在DCS中與單回路的設計是一樣的,只能靠兩個分程調節閥的閥門定位器來實現現場的控制,顯然沒有發揮DCS的技術優勢。如圖所示。
              對傳統的分程控制改進如下:將分程任務改為由兩個AO點完成。比用現場分程精度高、易實現。可以在特殊情況下對各調節閥進行手動調節,而且可以保證無擾動恢復。一個調節閥手動調節時,另一個仍可處于自動控制狀態,因此該方案實際上對傳統的分程控制進行了功能擴充,大大增加了操作的靈活性。


          圖1  傳統的分程控制設計            圖2  改進的分程控制設計


              采用改進的分程控制,能有效的保證回流泵的運行,控制系統壓力平穩,能夠起到提高產量的目的。
          3.3 實現功能
          3.3.1  可靠的控制策略
              互為備用。主控器冗余、操作站冗余、服務器冗余。當一條鏈路出現故障時不會影響數據的采集和控制,有力的保證了生產。
          3.3.2  豐富的畫面顯示功能
              在操作站顯示的畫面有系統畫面、3個工藝流程主畫面、16個工藝流程分畫面、可燃氣體報警監控畫面、調節閥操作畫面、I/O設備操作畫面、數據歷史趨勢圖、調用菜單畫面、報警畫面、報表畫面、ESD操作畫面。操作人員通過調用這些畫面可以全面地了解全LPG裝置的運行情況,并且能方便地對設備操作和控制。
          3.3.3  故障診斷與報警處理功能
              在系統畫面上列出了I/O設備的上電情況、通訊狀態、故障狀態;在各流程的操作畫面中都列出了各參數報警條件,記錄報警發生時的有關信息,如:報警的當前值、故障標簽名稱、報警信息、故障報警時間、確認報警時間等,并對報警信息進行管理。
          3.3.4  報表功能
              本系統設計了多種報表:工藝參數日報表、工藝參數月報表、工藝參數年報表、數據報警記錄報表、操作日志報表等,可以按照要求打印相應的報表。還設計了時間觸發機制,能夠按照要求的時間隨時打印。
          3.3.5 數據的網絡發布功能
              數據可以在網絡上發布,在其他崗位可以瀏覽數據。操作人員可在主控室對生產過程進行監控;公司經理、廠長、工程師坐在辦公室甚至在家里也可以監控整個系統的運行情況。
          4. 結束語
              該LPG處理裝置的MACS系統自投運以來,運行穩定可靠,人機界面美觀實用,操作直觀方便。對運行過程中出現的故障,MACS系統能夠及時、準確、可靠的進行報警,并且能夠按照預定的程序投入保護。從總體上看,系統運行正常穩定,各項技術指標達到設計要求,收到了良好的效果,取得用戶的好評,為信息管理系統提供了實時數據,使整個系統的運轉效率和管理水平跨上了一個新的臺階。

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