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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的MACS控制系統(tǒng)。目前系統(tǒng)投產(chǎn)一年半,運行狀況良好，系統(tǒng)穩(wěn)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(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的自動化控制方案。為此，采用北京和利時的MACS控制系統(tǒng)。該MACS系統(tǒng)能夠?qū)λ嘘P(guān)鍵參數(shù)進行實時顯示，預(yù)設(shè)上下限報警，并通過信號遠傳來自動控制相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度，使整個生產(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)三個層次。系統(tǒng)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(wù)器機柜、2個操作員站、1個工程師站，1臺打印機。
MACS系統(tǒng)具有的功能有：數(shù)據(jù)采集、控制運算、閉環(huán)控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報警監(jiān)視、實時數(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)、報表打印、高級運算、組態(tài)、調(diào)試、診斷。
工程師站具有的功能有：建立目標工程、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)、報表組態(tài)、事故庫組態(tài)、報警組態(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：在操作員站上運行MACS系統(tǒng)專用實時監(jiān)控軟件，主要任務(wù)有顯示、會話、報警、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)備完成人機交互。包括（1）對現(xiàn)場工藝參數(shù)進行采集；（2）對現(xiàn)場工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視；（3）顯示工藝流程、趨勢圖、棒圖及其他圖形；（4）顯示報警畫面、切斷閥及設(shè)備狀態(tài)表；（5）打印生產(chǎn)報表、事故報表等。
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，形成一個分級分層的管理系統(tǒng)。
2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
整個網(wǎng)絡(luò)分為三層，管理網(wǎng)絡(luò)（MNET）實現(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）實現(xiàn)現(xiàn)場制站與操作員站的互聯(lián)，控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）實現(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)，當一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時不會影響到系統(tǒng)的正常運行，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，當其中一個出現(xiàn)故障時,自動切換到另一個,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
本裝置共有22個調(diào)節(jié)回路，均為單參數(shù)調(diào)節(jié)（一個為分程控制）。其中：溫度調(diào)節(jié)回路4個，壓力調(diào)節(jié)回路4個，流量調(diào)節(jié)回路2個，液位調(diào)節(jié)回路12個。
2.3.1、信號點統(tǒng)計
2.3.2、模塊數(shù)量
2.1 2.4 MACS系統(tǒng)技術(shù)新特點：
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，可擴展性強；高速的網(wǎng)絡(luò)體系，強大的硬件處理能力，軟件設(shè)計應(yīng)用方便性，使整個系統(tǒng)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(shè)計，采用小模塊結(jié)構(gòu)，增加了多重過壓和過流保護措施，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算機芯片技術(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。
同時在用戶經(jīng)濟性上，MACS系統(tǒng)做了以下改進：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，達到當今國際先進水平。系統(tǒng)每個控制站容量增大，可以減少控制站臺數(shù)，降低公共費用；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用；公司提供多種工業(yè)系統(tǒng)的控制設(shè)計模式和基礎(chǔ)組態(tài)，縮短工程周期和費用。
3. MACS系統(tǒng)軟件組態(tài)、實現(xiàn)的功能
3.1 軟件組態(tài)
LPG整個控制組態(tài)在工程師站進行，包括控制方案生成系統(tǒng)（ConMaker）組態(tài)和人機界面系統(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。
人機界面系統(tǒng)組態(tài)包括：報表組態(tài)、報警組態(tài)、圖形組態(tài)。
報表組態(tài)：系統(tǒng)根據(jù)運行的要求進行報表組態(tài)，有工藝參數(shù)日報表、工藝參數(shù)月報表、工藝參數(shù)年報表、數(shù)據(jù)報警記錄報表、操作日志報表等
報警組態(tài)：根據(jù)系統(tǒng)要求和操作條件，設(shè)定硬件報警和工況數(shù)據(jù)報警。
圖形組態(tài)：按照LPG工藝流程圖繪制圖形，然后進行數(shù)據(jù)動態(tài)連接，連接的動態(tài)點必須是數(shù)據(jù)庫內(nèi)定義的點。本系統(tǒng)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(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)鍵控制方案的實現(xiàn)
3.2.1 進站、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(gòu)成ESD控制。正常情況下，進站切斷閥打開，外輸切斷閥關(guān)閉，一旦報警或者其他要求，進站切斷閥關(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 原料氣壓縮機的控制
本裝置三臺原料氣壓縮機，根據(jù)廠家要求，組態(tài)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(shù)，同時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，則由程序運算，輸出開關(guān)量信號到電氣控制室，停止壓縮機，避免事故的發(fā)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(shè)備中關(guān)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(chǎn)生強烈渦流，使出口氣流倒流而造成喘振，喘振現(xiàn)象發(fā)生將對機組的安全造成嚴重威脅，因此必須加以制止及預(yù)防。在進口和出口加裝切斷閥，根據(jù)算法控制切斷閥的動作，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AO點，在DCS中與單回路的設(shè)計是一樣的，只能靠兩個分程調(diào)節(jié)閥的閥門定位器來實現(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)的分程控制改進如下：將分程任務(wù)改為由兩個AO點完成。比用現(xiàn)場分程精度高、易實現(xiàn)。可以在特殊情況下對各調(diào)節(jié)閥進行手動調(diào)節(jié)，而且可以保證無擾動恢復(fù)。一個調(diào)節(jié)閥手動調(diào)節(jié)時，另一個仍可處于自動控制狀態(tài)，因此該方案實際上對傳統(tǒng)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(tǒng)的分程控制設(shè)計 圖2 改進的分程控制設(shè)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(tǒng)壓力平穩(wěn)，能夠起到提高產(chǎn)量的目的。
3.3 實現(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。當一條鏈路出現(xiàn)故障時不會影響數(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個工藝流程主畫面、16個工藝流程分畫面、可燃氣體報警監(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、報警畫面、報表畫面、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)報警條件，記錄報警發(fā)生時的有關(guān)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(tǒng)設(shè)計了多種報表：工藝參數(shù)日報表、工藝參數(shù)月報表、工藝參數(shù)年報表、數(shù)據(jù)報警記錄報表、操作日志報表等，可以按照要求打印相應(yīng)的報表。還設(shè)計了時間觸發(fā)機制，能夠按照要求的時間隨時打印。
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)控整個系統(tǒng)的運行情況。
4. 結(jié)束語
該LPG處理裝置的MACS系統(tǒng)自投運以來，運行穩(wěn)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(xiàn)的故障，MACS系統(tǒng)能夠及時、準確、可靠的進行報警，并且能夠按照預(yù)定的程序投入保護。從總體上看，系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定，各項技術(shù)指標達到設(shè)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(tǒng)提供了實時數(shù)據(jù)，使整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率和管理水平跨上了一個新的臺階。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號