Foxboro的I/A S在油氣處理裝置中的應用

韓冬 韓瑤 馬倬

摘要：介紹了冀東油田油氣油氣處理廠新建25萬方天然氣處理裝置和150萬噸原油穩(wěn)定裝置的基本流程以及DCS在油氣處理裝置中的應用，著重介紹了新廠采用的Foxboro公司生產(chǎn)的I/A S CP270FT DCS監(jiān)控系統(tǒng)軟件的軟、硬件配置及部分組態(tài)應用特點。

關鍵詞：DCS；I/A組態(tài)應用； 分子篩時序控制；

中圖分類號: TP29文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

1、引言

DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM 中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術產(chǎn)品。實際上，現(xiàn)在的DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現(xiàn)了混合控制。適應了用戶的真正控制需求。

我們采用的是上海Foxboro公司生產(chǎn)的I/A S 8.0 DCS控制系統(tǒng)及相應的硬件。

2、系統(tǒng)配置

2.1、硬件

整個系統(tǒng)由1個工程師站（AW7001），2個操作員站（WP7002和WP7003），一對容錯的控制器（CP270FT），2臺Switch（SW001A/B）及各類模塊組成，網(wǎng)絡連接方式為光纖連接。

I/A Series系統(tǒng)處理機組件通過節(jié)點總線(Nodbus)相互聯(lián)接,形成過程管理和控制節(jié)點。提供高速、冗余、點到點的通訊, 從而具有優(yōu)異的性能和安全性。

2.2軟件

工程師站和操作員站采用WindowsXP SP3操作平臺，安裝有Foxboro的I/A 8.5、FoxDraw、系統(tǒng)組態(tài)軟件 (System Configurator)、歷史趨勢軟件 (Historian Software，500)、報表管理軟件 (Report Packager)、系統(tǒng)監(jiān)視軟件 (System Monitor)、設備監(jiān)視軟件 (Device Monitor)等。

3、組態(tài)應用特點

Foxboro公司的I/A系列控制器，具有對連續(xù)控制、順序控制和梯形邏輯控制組態(tài)的功能，各種控制和運算模塊非常豐富，主要包括以下幾種控制功能。

3.1 I/ADCS系統(tǒng)支持在線編程維護功能；

系統(tǒng)運行中如當現(xiàn)場某工藝發(fā)生變化時，系統(tǒng)對這一塊控制程序需要更改，而又要求不影響系統(tǒng)整體正常運行。工程師只需要對相關的工藝點進行編程，然后確認。系統(tǒng)會在無擾動情況下執(zhí)行新程序。在本項目的部分體現(xiàn)如下：

原穩(wěn)系統(tǒng)運行后，根據(jù)現(xiàn)場工藝決定增加了兩個需要PID調(diào)節(jié)的控制閥。在現(xiàn)場安裝完成后，I/A的CIO組態(tài)中加入了兩個PID功能塊，然后確定，設定參數(shù)，這兩個閥門即開始運行。沒有對天然氣處理系統(tǒng)及原穩(wěn)其它系統(tǒng)造成任何影響，改造用時不足半小時。

3.2 I/ADCS系統(tǒng)支持硬件熱插拔和模塊在線添加的功能；

在系統(tǒng)擴容時，經(jīng)常需要添加模塊，或在系統(tǒng)維護時需要對模塊進行帶電插拔。DCS系統(tǒng)的熱備功能是DCS系統(tǒng)區(qū)別PLC的又一個特征。因為DCS系統(tǒng)是針對大系統(tǒng)和復雜工藝設計的，所以特別關注與安全及維護的重要性。在本系統(tǒng)體現(xiàn)如下：

在調(diào)試系統(tǒng)過程中，有兩塊模塊因現(xiàn)場原因發(fā)生故障，所以緊急采購了兩塊同類型的模塊，但新采購的模塊到貨時系統(tǒng)已經(jīng)運行正常，在更換模塊時系統(tǒng)沒有任何震蕩，證明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 I/ADCS系統(tǒng)具有智能自檢測的能力；

DCS系統(tǒng)是一體化的系統(tǒng)，它對系統(tǒng)的各個部分都進行有效的檢測，維護人員可以通過系統(tǒng)的報警提示，準確判斷系統(tǒng)的故障。保證系統(tǒng)故障快速判斷與解決，有效保證系統(tǒng)正常運行。

HMI和下位機系統(tǒng)一體化，這樣保證了系統(tǒng)上下位機開發(fā)和維護時一體化，開發(fā)過程中遵循所見即所得功能，保證維護時間縮短，同時軟件支持工程師功能，維護工程師更加方便安全的觀察系統(tǒng)及程序的運行情況。

3.4 I/ADCS系統(tǒng)的時序控制和程控控制；

分子篩和干燥器是天然氣處理中必不可少的一個關鍵工藝，在實施控制組態(tài)時，利用了TIM定時器和CALC計算塊等模塊完成了控制要求。同時又加入了一些工藝條件判斷，既要有程序自動運行方式，又要有故障報警和切換至手動步進控制方式。

3.5 I/ADCS系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯控制；

常規(guī)的DCS只將一些常規(guī)的一表測量回路、控制回路做在里邊，而將復雜的聯(lián)鎖邏輯控制單獨成為一個系統(tǒng)，用PLC和ESD來實現(xiàn)其功能，其目的是為了獲得較高的可靠性和較小的DCS負荷。但是這樣就使得系統(tǒng)結(jié)構復雜化、投資較大、維護不便；我們的做法是依靠I/A S系統(tǒng)先進的性能，在DCS內(nèi)部完全實現(xiàn)其全部功能，其優(yōu)點是不言自明的。

3.6 I/ADCS系統(tǒng)的CP啟動時PID控制閥位保持

實際生產(chǎn)過程中，由于某些原因造成CP的停止，不論是正常停止還是非正常停止，當CP重新啟動時由于PID模塊初始化，PID的輸出值即調(diào)節(jié)閥的位置會被置成Checkpoint時的值，在線控制時，可能會對生產(chǎn)帶來波動。

通過以下操作可以使PID控制閥位保持不變。

PID模塊參數(shù)設置

INITMA：1 ； 由于初始模塊的動作須在自動狀態(tài)下進行。

SPTROP：1 ； 手動設定值跟蹤。

其余，按常規(guī)。

對于有些PID模塊要求在CP啟動時置為手動，可以增設下列控制組態(tài)。 以一個CP為例，在CIO的最前面建立名為INIT的Compound，在Compound中，建立三個Block，依此名稱和類型為PID、AOUT和CALC。

以上三個BLOCK 的建立，是為了在CP激活后的第2秒后產(chǎn)生一個寬度為1秒的脈沖。用于將PID置為手動。（也可以用其他方法。） 此時，需設置手動的PID的MANSW應設置為，INIT:CALC.BO01.而CALC Block中RI02和RI03的設置，為在線調(diào)試方便。

4、結(jié)束語

Foxboro公司的I/A S CP270FT DCS較為先進的容錯技術；靈活多變簡單易行的組態(tài)方法和過硬的硬件配置，使得它在DCS領域占有了應有的位置，為重要的工程提供了可靠的控制保證。它是冀東油田在自動化控制領域里的第一次使用的DCS控制系統(tǒng)。它的使用成功，為我油田下一步大規(guī)模的勘探開發(fā)建設作了一個很好的探索，為油田的自動化建設提供了很好的范例。

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