浅析国产DCS系统在大型原有处理站的实践应用

塔河油田四号联合站相对其它大型站库, 四号联选用了国产 (浙江中控所生产的) ECS700 DCS系统, 整个站库设计实际监测硬点有842个, 通过485通讯采集的撬装设备21套, 数量之多超越了其它任一站库, 这就需要DCS系统的通讯模块能保证这些设备的数据能有效地通过modbus RTU/485通讯协议, 数据上传至中控软件的数据库中, 并确保长期稳定的数据显示 (不丢包) , 投产一年多, 整个站控系统稳定, 并有效保证了整个联合站的正常生产。

1 DCS系统总体结构

整个站控系统由现场层 (远程I/O, 包括硬接点和通讯点) , 控制层 (DCS工控机柜内的控制器及相关模块, 交换机等) 和管理层 (工业计算机) 组成的三级控制系统来实现整个联合站的远程监控, 现场层实现现场数据的采集和上传, 控制层完成信号的逻辑处理和控制任务, 管理层通过操作站的画面和数据链接和显示, 实现远程监控功能。

2 联合站站控系统的各种参数与监测

联合站要实现自动化控制, 就是让中控操作人员能第一时刻了解到温度、压力、液位、流量的实际参数及调节阀开环及闭环控制 (模拟量信号) , 了解机泵阀门的开关状态和运行状态, 以及远程停泵及报警等 (数字量信号) , 这些参数经过DCS系统控制器的分析和处理后, 做出判断并显示给中央控制室的计算机上。

3 基于ECS700 DCS的站控系统设计

3.1 控制系统的组成架构

ECS-700系统由控制节点 (包括控制站及过程控制网上与异构系统连接的通信接口等) 、操作节点 (包括工程师站、操作员站、组态服务器、数据服务器等连接在过程信息网和过程控制网上的人机会话接口站点) 及系统网络 (包括I/O总线、过程控制网、过程信息网、企业管理网等) 等构成。

3.2 ECS700系统的硬件构成

这套系统从硬件看, 为模块化结构设计, 各种单独模块之间可以进行广泛组合和扩展, 系统所有部件都支持冗余, 在任何单一部件故障情况下系统仍能正常工作。整个四号联配置了4个工控机柜:两个为PCS系统 (过程控制) , 负责原油处理过程中各重要参数的监控的;两个为F&G系统 (火气) , 负责监测在工业生产过程中的各种安全隐患, 并第一时刻做出报警和措施。两套系统硬件上互相独立 (通过交换机, 数据库统一) , 柜内由控制器 (FCU711) 、I/O模块 (AI711、AO711、DI713、DI711) , 虚拟I/O连接模块 (COM701) 、485通讯模块 (COM741) , E-BUS交换机和电源模块组成。

3.3 ECS700系统的软件构成

ECS系统在工控计算机上主要安装Visual Field配套软件, 其中包含系统结构组态软件, 用于系统硬件结构框架的搭建, 网络组态的构建;包含组态管理软件, 通过工程师站与组态服务器联机的情况下, 对各控制站进行具体组态 (包括组点, 程序等) ;包含监控软件, 用于启动实时数据库, 并把完整的监控画面及参数呈现在工控计算机上用于中控操作人员监视。整个软件低于500M, 且能任意删除重装, 利于技术人员的维护。

4 单点监测与调节阀、变频器的闭环控制

四号联合站是个大型原油处理站, 站内各管线上分布着压力, 温度, 流量等现场一次表, 通过现场表输出的4-20m A标准信号对应工况量程在上位机所显示, 站内生产压力容器 (分离器、缓冲罐等) 需要建立一个恒定的液位, 既不能冒罐也不能空罐, 这就需要通过气动 (站内有空压机制造的仪表风) 调节阀来进行闭环的PID控制, 阀门的开度随着液位的增减而开关, 使液位保持恒定;站内有多台外输泵和循环泵, 通过变频器, 让中控可以实现远程的频率给定, 或者可以和压力连锁, 设定好压力, 闭环控制, 这样电机不会一直工频运转。这些都是依靠DCS系统I/O模块信号的不断的接受和发送完成的。通过自动化的控制, 既节省了人工, 同时还降低了能耗。

现场多套撬装设备, 如加热炉, 压缩机等, 实时数据变化较快, 操作工需要不断往返观察汇报, 既增加了劳动力, 对设备的参数也不能第一时刻了解, 通过撬装设备就地的PLC系统, 数据通过标准的modbus 485协议直接上传至ECS 700的COM741模块, 在中控的工业计算机上直接显示。

5 连锁控制方式

因为四号联合站属高含硫化氢站库, 且处理的是原油, 在安全方面涉及到易燃易爆, 所以在生产过程中, 安全生产重于一切, ECS700站控系统F&G柜内置了闪光报警, 当任意区域的硫化氢或可燃气体浓度超标时会闪光并发出报警, 柜上同时有消防连锁按钮, 当需要对某一储罐进行喷淋时, 可以实现此罐周围喷淋阀全开, 及周边储罐喷淋阀半壁开的效果, 依托强大的软件编程功能, 在工业计算机上添加了软连锁, 在电脑上一点便可轻松实现。同时, 可以通过手动的连锁或者摘除, 自行设定火焰粒子浓度 (通过火焰探测器检测) 来控制消防泵的远启和气动蝶阀的远开, 且站内的所有机泵均能实现超压锁停, 低液位连停。这些安全控制方案有效的保证了站内的正常生产。

6 结语

四号联自动化系统投用一年多, 国产DCS系统运行稳定可靠, 并有专门销售进行上访, 售后也在乌市, 这是国外DCS厂商所很难做到的, 这套系统的建立, 首先体现了自动化控制技术在油田的广泛应用, 又体现了国产自动化系统已经走出了瓶颈, 不逊色于其他国外DCS系统, 走向世界。

摘要：随着自动化控制技术的蓬勃发展, 实现数字化油田的目标, 为实现大型原油处理站 (以下简称联合站) 各生产系统中撬装设备及相关仪表的远程监测与控制, 利用国内先进的DCS系统 (集散控制系统) 为依托, 实现中控室人员对联合站内各关键参数及相关阀门控制的实时监控, 提高了整个站库的管理水平, 在自动化程度提升的同时, 降低人工, 增加了经济效益。