摘要：PAC8000工業控制系統以其在石油化工行業中的獨特特點，在西南油氣田廣安輕烴回收裝置中承擔了DCS、ESD、F&G、RTU以及天然氣流量計量任務，實現了用戶在同一平臺上完成全部功能的初衷。
關鍵詞：天然氣，流量計量，PAC8000,GE, SIL2，DCS，ESD, F&G
西南油氣田廣安輕烴回收裝置生產規模為100X104m3/D，主要工藝裝置包括分子篩脫水裝置、輕烴回收裝置、產品氣增壓裝置、液化氣、輕油罐區以及裝車設施等。為保證全廠安全性、可靠性、平穩、高效、經濟地運行，用戶要求對全廠的控制系統采用分散控制系統DCS，緊急停車聯鎖和可燃氣體/火災檢測報警各采用一套獨立的安全儀表系統SIS，對于遠離裝置區的生活區污水處理裝置的控制采用遠程終端裝置RTU，同時實現滿足GB/T21446-2008標準的天然氣流量計量功能。
PAC8000系統的硬件設計可以達到防爆2區直接安裝，工作溫度在-40~70攝氏度之間，G3防腐認證。同時，PAC8000系統可以在同一硬件平臺上實現DCS、ESD、F&G、RTU以及天然氣流量計量功能，用戶只需要使用一個軟件平臺就可以對所有的控制功能單元進行組態、編程和維護，大大簡化了維護的工作量，同時減少了備件的種類和數量。
1. 系統構成
由于整個系統采用了統一的硬件平臺，所以所有的控制單元均可以接入同一個網絡，簡化了系統結構。系統結構如圖1所示。
整個系統中DCS部分主要負責裝置的正常生產和操作，其中控制器、電源、網絡和關鍵IO部分采用冗余配置。ESD系統承擔裝置緊急停車任務，系統采用SIL2（IEC61508）安全等級標準配置和設計。F&G系統負責裝置區可燃氣體/火災和消防報警，采用SIL2（IEC61508）安全等級標準配置和設計。RTU部分負責倒班生活區污水處理裝置的控制。流量計量模塊按照GB2008標準實現4路天然氣管路流量計量功能。DCS、ESD、F&G、RTU控制站和流量計量模塊共享同一冗余網絡，采用統一的系統組態和編程軟件，構成一個面向全廠的、完整的、統一的控制系統，工廠內成套設備自帶PLC 現場控制設備的相關信息，通過RS485 串口通信上傳至DCS 系統。
1.1控制器
根據裝置生產的特點和控制要求，DCS部分控制器選擇了冗余的PAC8000 混合控制器，該控制器具有高度靈活的數據采集輸入輸出和控制功能，可實現常規控
圖1 系統結構圖
制、邏輯控制和順序控制。ESD和F&G部分控制器采用冗余的PAC8000安全控制器，該控制器內置狀態檢測回路，采用1OO1D表決方式，單控制器即可滿足SIL2安全等級要求，為提高系統可靠性和可利用率，本系統采用了冗余配置。RTU部分控制器采用PAC8000邏輯控制器，該控制器具有高度靈活的數據采集輸入輸出和控制功能，可實現常規控制、邏輯控制和順序控制，同時支持DNP3.0以太網協議。所有型號的控制器均采用IBM PowerPC 266MHz 32 位微處理器， 25M 內存，雙以太網和雙串行通訊接口，支持API、現場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現冗余配置，可直接安裝在危險2 區，滿足G3防腐認證要求。一個控制器最多可安裝64 個I/O 模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。
冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數據，同步執行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現無擾動切換。
1.2 IO模塊
PAC8000系統的電源、控制器和I/O 模塊可以直接安裝危險2 區，部分I/O 模塊內置本質安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監測以及LED 指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D 轉換分辨率達到16 位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12 位，能夠對現場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。IO 卡件具備最快20ms 模擬量調節功能，10ms 數字量控制功能和1msSOE 控制功能。
1.3 流量計量單元
流量計量單元屬于PAC8000系統中的特殊模塊，可同時實現最多8路的天然氣流量計量功能。流量計量單元的所有參數和計算結果均可以通過以太網直接上傳至操作站HMI軟件顯示，同時也可以從操作站修改天然氣計量參數和組分參數。流量計量顯示畫面如圖2所示。
圖2 流量計量顯示畫面
2. 系統軟件設計
GE公司提供本裝置系統所需的全部軟件，包括系統組態、控制策略組態軟件WorkBench和人機界面HMI軟件Cimplicity。
2.1 系統組態和控制軟件
系統使用Workbench 進行系統硬件和控制策略的組態。整個控制軟件涵蓋了關鍵控制回路IO冗余、單回路PID控制、串級控制回路、比值控制回路、報警聯鎖回路、計算累積回路，馬達控制回路等全部的生產自控程序。
2.2 人機界面軟件
操作站人機界面(HMI)軟件Cimplicity是基于Windows XP 操作系統的軟件?？梢詣摻◤姶蟮?、功能齊全的監控系統，充分利用Microsoft Windows 的先進功能，包括ActiveX 控件、OLE、圖形、網絡等。還可以通過添加自定義ActiveX 控件、向導、常規對象、以及創建來擴充的功能。操作站人機界面(HMI)軟件主要完成實時監控、歷史記錄，數據采集、系統報警及打印報表等重要功能。采用高性能計算機作為監控系統支撐硬件平臺，以Windows XP 和組態軟件構成監控系統運行平臺。提供友好的人機交互界面功能、圖形處理功能、報表處理功能、報警處理功能、查詢功能、用戶權限管理功能等。操作畫面如圖3和圖4所示。
圖3 DCS系統操作畫面
圖4 DCS系統操作畫面
3. 結論
廣安輕烴回收裝置采用GE公司PAC8000控制平臺實現了DCS控制系統、ESD緊急停車系統、F&G火氣系統、RTU遠程終端單元系統以及天然氣流量計量，統一的控制平臺大大簡化工程實施、系統維護以及用戶備件種類和數量，為裝置順利開車和穩定長周期運行打下了牢固的基礎。
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