DCS控制系統(tǒng)在原油穩(wěn)定壓縮機(jī)中的應(yīng)用

文章介紹了DCS系統(tǒng)在壓縮機(jī)裝置的應(yīng)用,包括DCS系統(tǒng)特點(diǎn),自控改造方案,設(shè)備儀表選型,報(bào)警措施等。

　　關(guān) 鍵 詞：壓縮機(jī) DCS控制系統(tǒng) 報(bào)警設(shè)定器 組態(tài)

　　Abstract: This paper introduces the application of DCS in compressors, contains the characteristic of DCS system, the plan of automatic controlled system’s transform, the selection of type, the measure of alarm.

　　Key words:compressor; DCS controlled system; the process control experts; configuration

　　1、引言

　　原油穩(wěn)定壓縮機(jī)是油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)中原油穩(wěn)定、油氣處理的重要設(shè)備, 該裝置工藝流程復(fù)雜,生產(chǎn)過(guò)程易燃易爆,同時(shí)對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的控制要求嚴(yán)格。油氣集輸系統(tǒng)中的聯(lián)合站大都利用壓縮機(jī)作為原油穩(wěn)定、油氣處理的裝置。

　　目前壓縮機(jī)控制儀表全部是電-Ⅱ型儀表,為220V供電,防爆等級(jí)低,無(wú)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能;大多數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)靠人為手動(dòng),或者靠簡(jiǎn)單的儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè);儀表的故障率較高,控制效率低;生產(chǎn)出現(xiàn)故障時(shí),也不容易查找事故原因,造成了生產(chǎn)、安全等諸多不穩(wěn)定的因素;同時(shí)又不能對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存,不便于生產(chǎn)管理,嚴(yán)重限制了壓縮機(jī)裝置自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步提高,成了阻礙該裝置自動(dòng)化改造的瓶頸.為了克服以上毛病,提高壓縮機(jī)自動(dòng)運(yùn)行的能力,達(dá)到提前預(yù)警的目的,同時(shí)確保原油的產(chǎn)量和質(zhì)量,提高原油的外輸率,應(yīng)用DCS作為新的控制系統(tǒng)對(duì)該裝置進(jìn)行改造勢(shì)在必行。


　　2、總體方案設(shè)計(jì)

　　2.1、總體方案簡(jiǎn)介

　　壓縮機(jī)裝置有30多個(gè)重要的生產(chǎn)參數(shù),各生產(chǎn)參數(shù)相互牽制與影響。該裝置對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的要求較高,具體要求如下：進(jìn)氣壓力<-0.05Mpa,排氣壓力>0.35Mpa,排氣溫度>85℃,機(jī)油壓力<0.25Mpa,機(jī)油溫度>65℃,必須進(jìn)行聲光報(bào)警,提醒操作人員及時(shí)處理,確保生產(chǎn)的安全;如果排氣壓力>0.45Mpa,排氣溫度>95℃,機(jī)油壓力<0.15Mpa,機(jī)油溫度>70℃,必須進(jìn)行停機(jī)處理。將壓縮機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)如溫度、壓力等分為兩路輸入控制系統(tǒng)：一路引入報(bào)警設(shè)定器,報(bào)警設(shè)定器根據(jù)內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定的報(bào)警值,檢測(cè)生產(chǎn)參數(shù),如果生產(chǎn)參數(shù)異常,則發(fā)出故障報(bào)警信號(hào),停止壓縮機(jī),保障設(shè)備、生產(chǎn)的安全;另一路引入DCS系統(tǒng),進(jìn)行參數(shù)的常規(guī)顯示和流程畫(huà)面,在發(fā)生故障或壓縮機(jī)停機(jī)時(shí),進(jìn)行聲光報(bào)警,提示操作人員,有效防止誤操作,緊急排除險(xiǎn)情。該系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽查詢(xún)功能,可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤查詢(xún),為分析故障原因提供方便。整套系統(tǒng)相輔相成,界面友好直觀(guān),操作方便,既節(jié)省了人力資源,又提高了工作效率。


　　2.2控制系統(tǒng)的技術(shù)簡(jiǎn)介

　　具有代表性的是FOCS系統(tǒng)和MACS系統(tǒng),這兩種控制系統(tǒng)都具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu),可提供多層的開(kāi)放數(shù)據(jù)接口,具備強(qiáng)大的處理功能,提供了方便的組態(tài);支持多種現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn),可以適應(yīng)未來(lái)的擴(kuò)展需要;并且系統(tǒng)可靠性高,維修方便。系統(tǒng)的冗余、容錯(cuò)、自診斷能力較強(qiáng),技術(shù)支持能力也比較強(qiáng)大。不管在功能,還是在穩(wěn)定性和實(shí)用性等方面都滿(mǎn)足了該裝置自控的需要。

　　1、控制系統(tǒng)的優(yōu)越性：

　　投資少,供貨周期短,備品備件有保障。
　　控制水平更加多樣化,可以滿(mǎn)足多復(fù)雜控制方案的實(shí)現(xiàn)。
　　有利于集中控制,減少了系統(tǒng)維護(hù)量及相關(guān)備品備件的更換。
　　系統(tǒng)采用冗余,大大增加了系統(tǒng)的安全可靠性。
　　充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行故障診斷和在線(xiàn)調(diào)整
　　減少了裝置操作人員和維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,減員增效。


　　2、控制系統(tǒng)的技術(shù)新特點(diǎn)

　　a、系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的智能分散結(jié)構(gòu),軟硬件的緊密結(jié)合使系統(tǒng)能力充分發(fā)揮。

　　b、控制器采用冗余配置,具有高度的可靠性,系統(tǒng)內(nèi)任何一個(gè)組件發(fā)生故障,均不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。

　　c、底層連接的網(wǎng)絡(luò)化、I/O模塊的全智能化,熱備份的冗余技術(shù),可靠的帶電拔插的技術(shù)特征。

　　d、組態(tài)軟件功能具有標(biāo)準(zhǔn)的SFC、FBD、LD、ST、FM 5種組態(tài)工具,圖形工具里有豐富的圖形庫(kù),很快就能繪出界面友好的流程圖。

　　e、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為100M冗余快速以太網(wǎng),極大加速 了網(wǎng)絡(luò)速度,對(duì)將來(lái)的擴(kuò)容和改造留下了充分的余地。

　　f、采用完全開(kāi)放的、先進(jìn)的軟硬件技術(shù),結(jié)構(gòu)靈活、安全便利、維護(hù)簡(jiǎn)單。

　　3、系統(tǒng)組態(tài)及人機(jī)交互界面

　　組態(tài)軟件為和利時(shí)的DCS系統(tǒng)FOCS或MACS,軟件平臺(tái)為中文WIN2000,配置數(shù)據(jù)交換網(wǎng)卡,將數(shù)據(jù)發(fā)布到MIS網(wǎng)上,實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)生產(chǎn)參數(shù)的共享;在其它崗位或辦公室的計(jì)算機(jī)上配置實(shí)時(shí)信息采集軟件,可以了解壓縮機(jī)的參數(shù)和運(yùn)行情況。組態(tài)軟件主要包括五個(gè)子系統(tǒng)：系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫(kù)生系統(tǒng)、控制方案生成、圖形生成、報(bào)表生成。另外還有歷史庫(kù)生成和共享庫(kù)生成?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)下位機(jī)組態(tài)軟件編輯程序,控制壓縮機(jī)運(yùn)行;上位機(jī)組態(tài)軟件編輯流程圖畫(huà)面,供人機(jī)對(duì)話(huà)。壓縮機(jī)根據(jù)程序運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)鎖,一旦發(fā)生報(bào)警,計(jì)算機(jī)界面將彈出報(bào)警畫(huà)面,提醒操作人員對(duì)生產(chǎn)情況及時(shí)處理,保障生產(chǎn)的安全運(yùn)行。控制系統(tǒng)的主要功能：數(shù)據(jù)采集及處理,流程操作控制及監(jiān)督管理,操作畫(huà)面顯示及報(bào)警顯示,歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能,設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視,程序控制,報(bào)表打印,執(zhí)行緊急關(guān)斷邏輯。


　　2.3、控制系統(tǒng)和儀表的選型

　　為保證壓縮機(jī)連續(xù)、高效、可靠的運(yùn)行,選用北京和利時(shí)股份有限公司開(kāi)發(fā)的DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng),由于壓縮機(jī)裝置運(yùn)行起來(lái)振動(dòng)相對(duì)較大,并且對(duì)溫度、壓力的要求較高,因此,儀表選用抗振性能較好的產(chǎn)品鎧裝一體化溫度變送器和壓力變送器,用進(jìn)口的報(bào)警設(shè)定器與繼電器的結(jié)合來(lái)控制壓縮機(jī)的啟停,同時(shí)將報(bào)警信號(hào)引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警和報(bào)警彈圖。

　　報(bào)警設(shè)定器選用美國(guó)的多路輸出報(bào)警輸出控制器,該設(shè)備運(yùn)行可靠,維護(hù)量小,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。


　　3、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1、硬件配置

　　壓縮機(jī)裝置的控制系統(tǒng)主要組成部分：2臺(tái)服務(wù)器（又叫控制站,冗余配置）,2臺(tái)操作員站（其中一套兼做工程師站）,現(xiàn)場(chǎng)控制站,通訊站,1臺(tái)打印機(jī)。

　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓圖見(jiàn)下圖：
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　　這是本次壓縮機(jī)自動(dòng)化改造的成功之處。報(bào)警設(shè)定器選用美國(guó)的多路輸出報(bào)警控制器,該設(shè)備采用最新的數(shù)字技術(shù)和微處理器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行報(bào)警,有單通道和雙通道兩種形式,同時(shí)可輸出模擬信號(hào)。報(bào)警設(shè)定器面板上有自診斷指示和輸出指示燈,隨時(shí)監(jiān)視每個(gè)通道的工作狀態(tài)。該設(shè)備模塊化設(shè)計(jì),運(yùn)行可靠,維護(hù)量小。

　　壓縮機(jī)的連鎖停機(jī)控制很重要,用報(bào)警設(shè)定器代替原有電氣控制柜電-Ⅱ型儀表,改為低電壓（24V）控制,在新的電氣控制柜中增加24V繼電器,控制壓縮機(jī)的運(yùn)行;利用報(bào)警設(shè)定器的模擬輸出既保證信號(hào)的采集,又能完成壓縮機(jī)的報(bào)警保護(hù)。在正常情況下,一旦壓縮機(jī)運(yùn)行,就不要求停機(jī)。報(bào)警設(shè)定器可解決在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或需要維護(hù)系統(tǒng)時(shí),不停機(jī)控制壓縮機(jī)的運(yùn)行。這樣即使在自控系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)停止運(yùn)行時(shí),壓縮機(jī)也能正常運(yùn)行,減少了壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間。

　　報(bào)警設(shè)定控制回路圖如下：
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　　河口采油廠(chǎng)聯(lián)合站,如首站、大北站的壓縮機(jī)控制采用DCS改造后,壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,工人勞動(dòng)強(qiáng)度低,系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、許算和統(tǒng)計(jì),大大提高了壓縮機(jī)故障處理的及時(shí)性、準(zhǔn)確性,提高了工作效率和管理水平。同時(shí)壓縮機(jī)DCS自成系統(tǒng),及可以單獨(dú)控制,又可以連在聯(lián)合站的大系統(tǒng)中,為聯(lián)合站的自動(dòng)化改造提供了可靠基礎(chǔ)。


　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　壓縮機(jī)裝置對(duì)原油資源的高效處理,既節(jié)約了資源,又最大限度地減少了對(duì)大氣環(huán)境的污染,做到了社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益三效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。采用DCS集散控制系統(tǒng)后,隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高,極大地拓展了企業(yè)的盈利空間,進(jìn)一步增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,促進(jìn)了企業(yè)在技術(shù)與管理方面走上一個(gè)嶄新的高度。 DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),在于可以靈活簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)多種控制方案,DCS系統(tǒng)在壓縮機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用,是油田穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,成本大幅度下降,可靠性不斷提高,壓縮機(jī)采用DCS控制系統(tǒng)控制,就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)和可靠的操作,達(dá)到提高效率,節(jié)約能源的目的。