摘要：PAC8000工業(yè)控制系統(tǒng)以其在石油化工行業(yè)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(xiàn)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(chǎn)規(guī)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(chǎn)品氣增壓裝置、液化氣、輕油罐區(qū)以及裝車設施等。為保證全廠安全性、可靠性、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟地運行，用戶要求對全廠的控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)DCS，緊急停車聯(lián)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(tǒng)SIS，對于遠離裝置區(qū)的生活區(qū)污水處理裝置的控制采用遠程終端裝置RTU，同時實現(xiàn)滿足GB/T21446-2008標準的天然氣流量計量功能。
PAC8000系統(tǒng)的硬件設計可以達到防爆2區(qū)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(tǒng)可以在同一硬件平臺上實現(xiàn)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(tài)、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(shù)量。
1. 系統(tǒng)構成
由于整個系統(tǒng)采用了統(tǒng)一的硬件平臺，所以所有的控制單元均可以接入同一個網(wǎng)絡，簡化了系統(tǒng)結構。系統(tǒng)結構如圖1所示。
整個系統(tǒng)中DCS部分主要負責裝置的正常生產(chǎn)和操作，其中控制器、電源、網(wǎng)絡和關鍵IO部分采用冗余配置。ESD系統(tǒng)承擔裝置緊急停車任務，系統(tǒng)采用SIL2（IEC61508）安全等級標準配置和設計。F&G系統(tǒng)負責裝置區(qū)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(qū)污水處理裝置的控制。流量計量模塊按照GB2008標準實現(xiàn)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(wǎng)絡，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)組態(tài)和編程軟件，構成一個面向全廠的、完整的、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，工廠內成套設備自帶PLC 現(xiàn)場控制設備的相關信息，通過RS485 串口通信上傳至DCS 系統(tǒng)。
1.1控制器
根據(jù)裝置生產(chǎn)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(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實現(xiàn)常規(guī)控
圖1 系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)可靠性和可利用率，本系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯控制和順序控制，同時支持DNP3.0以太網(wǎng)協(xié)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(wǎng)和雙串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險2 區(qū)，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(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監(jiān)測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現(xiàn)無擾動切換。
1.2 IO模塊
PAC8000系統(tǒng)的電源、控制器和I/O 模塊可以直接安裝危險2 區(qū)，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(jiān)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(xiàn)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(jié)功能，10ms 數(shù)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(tǒng)中的特殊模塊，可同時實現(xiàn)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(shù)和計算結果均可以通過以太網(wǎng)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(shù)和組分參數(shù)。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(tǒng)軟件設計
GE公司提供本裝置系統(tǒng)所需的全部軟件，包括系統(tǒng)組態(tài)、控制策略組態(tài)軟件WorkBench和人機界面HMI軟件Cimplicity。
2.1 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件
系統(tǒng)使用Workbench 進行系統(tǒng)硬件和控制策略的組態(tài)。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(lián)鎖回路、計算累積回路，馬達控制回路等全部的生產(chǎn)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(tǒng)的軟件?？梢詣?chuàng)建強大的、功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Microsoft Windows 的先進功能，包括ActiveX 控件、OLE、圖形、網(wǎng)絡等。還可以通過添加自定義ActiveX 控件、向導、常規(guī)對象、以及創(chuàng)建來擴充的功能。操作站人機界面(HMI)軟件主要完成實時監(jiān)控、歷史記錄，數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報警及打印報表等重要功能。采用高性能計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)支撐硬件平臺，以Windows XP 和組態(tài)軟件構成監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)操作畫面
圖4 DCS系統(tǒng)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(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)、ESD緊急停車系統(tǒng)、F&G火氣系統(tǒng)、RTU遠程終端單元系統(tǒng)以及天然氣流量計量，統(tǒng)一的控制平臺大大簡化工程實施、系統(tǒng)維護以及用戶備件種類和數(shù)量，為裝置順利開車和穩(wěn)定長周期運行打下了牢固的基礎。
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