DCS在天然气处理装置中的应用.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 9 ，4 7 7 AUT0M AT1 0N I N PETR0一 CHEM I CAL I NDUS TRY D C S在天然气处理装置中的应用 李映霞1 ， 张国栋2 ， 陆艳萍3 1 ．天华化工 机械及 自动化研究 设计院 ， 兰州7 3 0 0 6 0 ； 2 ．吐哈油 田丘东采油厂 ， 新疆 鄯善8 3 8 2 0 2 ； 3 ．中石油兰州石化公司 化肥厂 ， 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要 通过对丘东天然气处理装置控制系统存在的控制卡易出错、 组态受限制、 功能不完善等问题和 D e l t a V控制系统采 用高性 能的控制器 、 VI M 虚拟模块等特点的介绍 ， 认识 到为保 证丘东天然气 处理装置 的平 稳、 安全运 行 ， 亟须对 控制 系统 进行 升级改造 的必要性 以及改造方案的总体思路 ， 并 对实施 方案进 行了详 细介绍 。方案实施后 ， 解决 了原系 统中存在 的问题， 发挥 了 De l t a V系统的优势， 提高了天然气处理装置控制系统 的控制系统的安全性 和可靠性 ， 保 证了丘东天然气 处理装置 安全和平 稳运行 。 关键 词 分散控制系统； R S 3系统； D e l t a v 中图分类 号 T P 2 7 3 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 9 o 4 0 0 7 7 0 2 1 引 言 吐哈油 田丘东天然气处理装置 自控系统采用 R S 3 一 D C S ， 该系统 实现对整个装置生产过程的监 控和保 护， 包 括 过程 控 制 P C S 、 紧急 关 断控 制 E S D 、 火气探 测 F G 和消防控制 。R S 3控制 系统 由工程师站 MT C C 、 操作站 R OS 组成控制 器 C o n t r o l F i l e 、 各种 I ／ 0模块及接线端子板所组 成。控制器 由冗余 电源卡、 冗余通讯卡 、 冗余处理 器 C P 2 、 内存卡及控制卡所组成 。控制卡 由 A到 H进行排列， A与 B、 C与 D为相互冗余 的 MP C 2 控制卡 ， E、 F为 MP C 2控制卡 、 G为 MUX控制卡 、 H为 P L C控制卡。控 制卡可卡件箱 或 I ／ O模块 相连并进行数据通讯 ， I ／ O模块则与接线端子板相 连使其系统 I ／ O达 6 5 0多点 。 2 系统 现状 a 控制卡运行负荷重 ， 容易 出错 。随着工艺 的不断改造以及控制规模的增 大使控制卡运行负 荷加重[ 1 ] 。其闲空时间百分 比现 已降低 到 5 ％～ 8 9 ／ 6 ， 这时控制卡 中的程序及数据内容备份时出错 ， 当冗余控制卡切换时会使数据丢失 ， 从而造成生产 运行不平稳 ， 并给安全带来严重的不利影响。 b 无法离线组态及组态受限制 。该系统无法 进行离线组态并进行逻辑测试 。控制卡之 间变量 引用连接有着严格的控制， 每块控制卡的卡间连接 为 8 O条 ， 这为组态 中的变量引用带来不方便 ， 使组 态受 到较 大 的限制 。 c 功 能 不 完 善 ， 无 法 满 足 现 场 生 产 需 要 。 R OS操作站现通过 Ne t D D E功能进行 DC S数据 上传。无 we b数据发布功能， 无法适应“ 管控一体 化” 的发展 趋 势 。 天然气孔板流量计只能采用人工计算流出系 数及普通温压补偿公式 ， 不能实时反映正确 的标况 流量 ， 将影响天然气流量的测量精度。 3 新 系统 特点 3 ． 1 D e l t a V系统特点 a 系统冗余 。D e 1 t a V 系统是 E me r s o n公 司 依据 F F标准设计 出的兼容现场总线功能 的控 制 系统， 它充分发挥众多 DC S的优势 ， 如 系统的安 全性 、 冗 余功能 电源、 控制 器、 通 信 网络 、 I ／ O模 块 、 集成的用户界面、 信息集成 等， 同时克服传统 D C S的不足 ， 具 有规模 灵活可变 、 使用简单 、 维护 方便的特点。 b 高性能的控制器。该系统控制器 的功能特 点MD P L US控 制器 最 大 为 4 8 MB 。减 少 了 C P U的资源占用比例 ， 并提高了控制策略的功能。 控制器可以将智能 HART信息从现场设备传送到 控 制 网络 中的任何 节 点 ] 。 c ⅥM 虚 拟 模 块。ⅥM 虚 拟 模 块 是 由 MY N AH公司专 门配合 D e l t a V系统研制 的， 包括虚 拟 I ／ O模块 和虚拟 I ／ O模块网关。虚拟模块仿真 D e l t a V I ／ O卡件和现场总线接 口卡件， 虚拟 I ／ 0模块 网关提供 Mo d b u s T C P ／ I P或 E t h e r n e t ／ I P通信功能。 3 ． 2 升 级方 案 遵循的主导思想 利用 新技术、 新设备 ， 结合 收稿 日期 2 0 0 9 一 O 5 1 3 修改稿 。 作者简介 李映霞 ， 女 ， 1 9 9 3 年 毕业 于兰州大学计算 机应用专 业 ， 现工作于天华化工机械及 自动化研究设计院。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 实际 ， 充分利用现有设备减少投资， 尽量降低对生 产的影响 ， 努力实现 自控系统安全可靠、 功能强大、 经济实用 ， 为“ 管控一体化” 的生产管理模式打下坚 实的物质技术基础。 a 采用 D e l t a V冗余控制器及冗余 R S 3 I ／ O 接 口模块来代替 R S 3系统 的 C o n t r o l F i l e控制器 ， 以充分利用 D e 1 t a V的先进性及可靠性。 b 充分保留原 R S 3 I ／ O模块 ， 不能保 留的可 用 D e l t a V I ／ O模 块进行 替代 。这 样可 以节省 投 资 ， 减少工作量 ， 并可降低对生产的影响程度 。 3 ． 3 系统组成 De l t a V系统主要 由三部分 即工作 站、 通信 网 络和控制站组成 ， 工作站 、 通信 网络及部分 I ／ O卡 件属 于升 级新增 的配置 。 a 工作站包括 了 3台操作员站 其 中 1台由 工程师站兼作操作员站 和 1台网络服务器 ， 分别 用于系统管理、 组态 、 过程监控及操作、 以及实现控 制系统与工厂管理网络的数据通信并提供过程信 息的基于 we b技术的远程浏览。 b 控制站由高性能的冗余 MD控制器 、 冗余 De l t a V f o r R S 3 I ／ O接 口模块 、 D e 1 t a V I ／ O卡件以 及原来 的 R S 3 I ／ O模块所组成。MD控制器提供 现场设备与控制 网络中其他节点之问的通讯 和控 制 。D e l t a V系统创建的控制策略和系统组态也可 以在这个功能更强 的控制器 中使用 。功 能强大 的 MD控制器通过底板与 I O卡件连接。 c 采用 RS 3 I ／ O接 口模块可把 R S 3系统 的 C o n t r o l F i l e控制器 升级到 D e l t a V 系统 的 MD控 制器 。RS 3 I ／ O接 口模块与 C o n t r o l F i l e的串行通 讯协 议兼 容 。R S 3 I ／ O 接 口模 块 可 以使 用 R S 3 F l e x T e r m a n d Mu l t i P o i n t I ／ O 子系 统 。D e l t a V 系 统可 以 与 De l t a V I ／ O 一 样 对 R S 3 I ／ O 进 行 组 态 、 监控 、 诊断。 4 升级 改造 后 的 i ／ o规 模 对 R S 3系统进行升级改造成 D e l t a V系统_ 3 ] ， F l e x T e r m 及 Mu l t i P o i n t I ／ O 模块 可 以保 留， 而 Mu x I ／ O及 P L C模 块 需 要 用 相 应 的 De l t a V I ／ O 模块进行替代。Mu x AI 用 De 1 t a V AI 模块代替 ； Mu x R TD用 R TD D e l t a V RT D模 块代 替 ； P L C 模块 用 串行 卡 代 替； 对部 分 模块 进 行扩 充 达 到 1 O 的余留以便扩容 。 5 系统升级 后具 有 的特性 a 实现 D e l t a V 内核汉化， 提高操作人员对报 警处理的时效性 。当发生报警后操作人员可立 即 知道报警的具体含意并做 出快速反应 。 b 二次开发操作 面板 ， 满足实际应用 。操作 面板是技术维护人员、 操作人员进行维护和操作 的 重要工具 。D e l t a V 系统所具有 的原始操作面板根 本满足不了实际使 用要求 。通过深入研究及结合 现场使用要求及不 同的授权等级对各种模板 的操 作面板进行再次开发 ， 使 面板具有直观可读 、 操作 方便、 安全可靠的优点 ， 使其更接 近操作实际满足 使用要求。 c 采用 A G A算法， 提高孔板流量精度。原 R S 3 系 统孔板流量计量精度较低。 D e l t a V系统的 A G A算法综 合了A G A 3 和A G A 8的功能， 可进行天然气孔板流量的 计算及温压补偿。通过 A G A算法模块开发天然气孔板 流量计量模板。流出系数随着压力温度的变化可自动重 新计算， 大大提高了天然气的计量精度。 d 完善控 制逻辑 ， 确保分子筛安全运行 。天 然气处理装置采 用两分 子筛 塔实现天然 气脱水。 通过 开发 分 子筛 切 断 阀顺 控 逻辑 ， 实现 分 子筛 OR B I T轨道球 阀 自动切换 ， 进而控制原料气和再 生气的流向， 以达到两塔连续交替循环吸附、 再生 、 冷却过程 。天然气处理装置分子筛切 断阀顺控逻 辑具有复位、 启动 、 暂停 、 继续 、 步进、 两塔吸附选择 等功能， 可以充分满足现场实际要求且具有报警功 能， 当某步报警时将停 止运行 ， 等待故障处理或确 认 ， 加强了生产装置的安全度 。 6 结 束语 目前该 系统运 行平 稳 ， 安 全可 靠 ， 通过 对该 系统 的升级 ， 解决 了原 系统 中存 在 的问题 ， 发挥 De l t a V系统的优势 ， 提 高了天然气处理装置控制 系统 的安全性 、 可靠性 、 实用性 以及先进 性 ， 并 提 高 自 动 化 运 用 水 平。今 后 还 可 以 充 分 发 挥 P l a n t We b的功能及性能 ， 扩展工艺参数 的应用范 围并融入生 产管理 信息 系统 中， 实 现“ 管控 一体 化 ” 。 参考文献 1 高丽君． 油 品罐 区的数 据采 集 E J ] ． 石 油化 工 自动化 ， 2 0 0 7 ， 4 3 6 7 87 9 2 解桂香 ， 秦祖 杰．自控 工程 设计 中控制 阀流量 特性 的选用 问题 [ J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 4 ， 4 9 6 3 陆德民 ， 张振基 ， 黄 步余． 石油 化工 自动 控制 设计 手册 [ M] ． 3 版． 化学工业出版社 ， 2 0 0 0 4 李清方 ， 张国忠， 张建 ， 等． 油 田套 炉 的结 构优 化[ J ] ． 中国石 油 大学学报 自然科学 版 ， 2 0 0 7 ， 3 1 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m