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案例详细
标题MACS控制系统在10*104m3/d LPG处理装置中的应用
技术领域人机界面
行业石油天然气
简介本文介绍了在LPG处理装置中,选用和利时的MACS控制系统的基本原理,系统构成,和应用效果。对于中大型的LPG处理装置采用本系统能有效的控制现场,提高产量,保证生产,避免事故的发生。
内容


1. 前言
    胜利油田河口采油厂渤三站10*104m3/d LPG处理装置采用和利时的MACS控制系统。目前系统投产一年半,运行状况良好,系统稳定。
    原则流程如下:对进站的天然气,采用两级压缩进行处理,于级间采用分子筛脱水,利用两级氨冷,逐步分离天然气中的重组分,回收液化气和轻油,产品是液化气、轻油和干气。面对竞争日益激烈的世界石油天然气市场,那些旧的,落后的,烦琐的人工操作方式已不能满足发展的要求,从长远的角度来看,要降低生产成本,获得最大化收益,要持续发展,全面改善油气集输的管理水平,就必须采用先进的自动化控制方案。为此,采用北京和利时的MACS控制系统。该MACS系统能够对所有关键参数进行实时显示,预设上下限报警,并通过信号远传来自动控制相应调节阀的开度,使整个生产过程始终保持在最优状态之下,能够大大提高生产效率,降低事故的隐患,有效的节约人力,提高产量。
2. MACS系统的构成,功能特点和应用
2.1 系统概况
    MACS控制系统组成:网络、服务器、工程师站、操作员站,网络分为管理网络、系统网络、控制网络三个层次。系统硬件包括2个主控器(冗余配置)、3个I/O机柜、1个安全栅机柜、2个服务器机柜、2个操作员站、1个工程师站,1台打印机。
    MACS系统具有的功能有:数据采集、控制运算、闭环控制输出、设备和状态监视、报警监视、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事件顺序记录、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级运算、组态、调试、诊断。
    工程师站具有的功能有:建立目标工程、系统设备组态、数据库组态、算法组态、图形组态、报表组态、事故库组态、报警组态、系统编译生成、系统数据下装。
    操作员站具有的功能有:在操作员站上运行MACS系统专用实时监控软件,主要任务有显示、会话、报警、日志管理、控制调节、历史库管理、系统库管理。操作员站是重要的人机交互界面,利用专用工业键盘、轨迹球外部设备完成人机交互。包括(1)对现场工艺参数进行采集;(2)对现场工艺参数、设备状态进行监视;(3)显示工艺流程、趋势图、棒图及其他图形;(4)显示报警画面、切断阀及设备状态表;(5)打印生产报表、事故报表等。
    服务器具有的功能有:将数据通过MIS网络发布,通过该网络系统,管理者可浏览所有数据,参与生产抉择,形成一个分级分层的管理系统。
2.2 网络构成
    整个网络分为三层,管理网络(MNET)实现工程师站、操作员站与服务器的互联,系统网络(SNET)实现现场制站与操作员站的互联,控制网络(CNET)实现现场控制站与过程I/O站的通讯。系统网络为双层结构,当一条网络出现问题时不会影响到系统的正常运行,提高了系统网络的稳定性;现场控制站--主控单元由双CPU组成,互为冗余,当其中一个出现故障时,自动切换到另一个,保证控制的可靠性、数据传输的连续性。通过服务器可以将数据发布到MIS网上,将数据孤岛变为数据共享。系统结构简图如下:


2.3 I/O统计
    本装置共有22个调节回路,均为单参数调节(一个为分程控制)。其中:温度调节回路4个,压力调节回路4个,流量调节回路2个,液位调节回路12个。
2.3.1、信号点统计


2.3.2、模块数量


2.1 2.4 MACS系统技术新特点:
    MACS系统采用了分“域”结构形式,具有很好的开放性和合理性,可扩展性强;高速的网络体系,强大的硬件处理能力,软件设计应用方便性,使整个系统的性能更加先进;增加了硬件的可靠性和软件的可靠性;单元级冗余设计,采用小模块结构,增加了多重过压和过流保护措施,系统提供丰富的自诊断显示信息;工艺合理性和安装方便性,采用了国际最新的计算机芯片技术,德国西门子的SMT表面贴装工艺和多层板结构,实现I/O模块的微型化, 所有模块采用阻燃塑料外壳,工艺美观。
    同时在用户经济性上,MACS系统做了以下改进:在体系结构、硬件性能、软件功能和性能等方面都有很大提高,达到当今国际先进水平。系统每个控制站容量增大,可以减少控制站台数,降低公共费用;模块损坏率降低;可以分散安装在现场,节省大部分的信号电缆和施工费用;公司提供多种工业系统的控制设计模式和基础组态,缩短工程周期和费用。
3. MACS系统软件组态、实现的功能
3.1 软件组态
    LPG整个控制组态在工程师站进行,包括控制方案生成系统(ConMaker)组态和人机界面系统(FacView Explorer)组态。
    控制方案生成系统组态包括:主控器配置、I/O设备组态、数据库组态、算法组态等。
    人机界面系统组态包括:报表组态、报警组态、图形组态。
    报表组态:系统根据运行的要求进行报表组态,有工艺参数日报表、工艺参数月报表、工艺参数年报表、数据报警记录报表、操作日志报表等
    报警组态:根据系统要求和操作条件,设定硬件报警和工况数据报警。
    图形组态:按照LPG工艺流程图绘制图形,然后进行数据动态连接,连接的动态点必须是数据库内定义的点。本系统的画面有:3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面以及其他系统辅助画面。
3.2 关键控制方案的实现
3.2.1 进站、外输压力的ESD控制
    在仪表检修、设备更换、流程更改或者其他不可避免的情况,为了保证不造成整个LPG装置憋压,在进站和外输管线处分别增加DN300的切断阀,二者和压力、手动报警条件连锁,构成ESD控制。正常情况下,进站切断阀打开,外输切断阀关闭,一旦报警或者其他要求,进站切断阀关闭,外输切断阀打开,保证站内设备和人员的安全。
3.2.2  原料气压缩机的控制
    本装置三台原料气压缩机,根据厂家要求,组态如下控制:一级进气、二级排压、润滑油压力、排气温度、轴承温度等,弹出报警画面,显示超限参数,同时声音提示操作工处理现场;如果出现极限条件,需要停机,则由程序运算,输出开关量信号到电气控制室,停止压缩机,避免事故的发生。


3.2.3  膨胀机的控制
    天然气透平膨胀机是天然气分离设备中关键配套部机之一,当增压机流量因某种原因少于一定值后,增压机叶轮因进气不足,造成气流与叶片严重脱离,气体在叶轮中产生强烈涡流,使出口气流倒流而造成喘振,喘振现象发生将对机组的安全造成严重威胁,因此必须加以制止及预防。在进口和出口加装切断阀,根据算法控制切断阀的动作,防止喘振的出现。


3.2.4  回流泵压力的分程控制
    传统的分程控制只给出一个AO点,在DCS中与单回路的设计是一样的,只能靠两个分程调节阀的阀门定位器来实现现场的控制,显然没有发挥DCS的技术优势。如图所示。
    对传统的分程控制改进如下:将分程任务改为由两个AO点完成。比用现场分程精度高、易实现。可以在特殊情况下对各调节阀进行手动调节,而且可以保证无扰动恢复。一个调节阀手动调节时,另一个仍可处于自动控制状态,因此该方案实际上对传统的分程控制进行了功能扩充,大大增加了操作的灵活性。


图1  传统的分程控制设计            图2  改进的分程控制设计


    采用改进的分程控制,能有效的保证回流泵的运行,控制系统压力平稳,能够起到提高产量的目的。
3.3 实现功能
3.3.1  可靠的控制策略
    互为备用。主控器冗余、操作站冗余、服务器冗余。当一条链路出现故障时不会影响数据的采集和控制,有力的保证了生产。
3.3.2  丰富的画面显示功能
    在操作站显示的画面有系统画面、3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面、I/O设备操作画面、数据历史趋势图、调用菜单画面、报警画面、报表画面、ESD操作画面。操作人员通过调用这些画面可以全面地了解全LPG装置的运行情况,并且能方便地对设备操作和控制。
3.3.3  故障诊断与报警处理功能
    在系统画面上列出了I/O设备的上电情况、通讯状态、故障状态;在各流程的操作画面中都列出了各参数报警条件,记录报警发生时的有关信息,如:报警的当前值、故障标签名称、报警信息、故障报警时间、确认报警时间等,并对报警信息进行管理。
3.3.4  报表功能
    本系统设计了多种报表:工艺参数日报表、工艺参数月报表、工艺参数年报表、数据报警记录报表、操作日志报表等,可以按照要求打印相应的报表。还设计了时间触发机制,能够按照要求的时间随时打印。
3.3.5 数据的网络发布功能
    数据可以在网络上发布,在其他岗位可以浏览数据。操作人员可在主控室对生产过程进行监控;公司经理、厂长、工程师坐在办公室甚至在家里也可以监控整个系统的运行情况。
4. 结束语
    该LPG处理装置的MACS系统自投运以来,运行稳定可靠,人机界面美观实用,操作直观方便。对运行过程中出现的故障,MACS系统能够及时、准确、可靠的进行报警,并且能够按照预定的程序投入保护。从总体上看,系统运行正常稳定,各项技术指标达到设计要求,收到了良好的效果,取得用户的好评,为信息管理系统提供了实时数据,使整个系统的运转效率和管理水平跨上了一个新的台阶。