大慶石化分公司煉油廠天然氣入廠監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案

姚慧

[摘 要] 文章所述方案的主要內(nèi)容是在不改變原有操作流程的前提下，對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件升級。

[關(guān)鍵詞] 天然氣；監(jiān)控系統(tǒng)；升級改造

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 07. 063

[中圖分類號] TP311 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）07- 0153- 02

0 前 言

煉油廠生產(chǎn)用天然氣由天然氣公司管輸，結(jié)算數(shù)據(jù)以供方為準(zhǔn)。煉油廠以計(jì)量監(jiān)控為目的，在天然氣入廠管線處建立計(jì)量站，通過對現(xiàn)場一次儀表（溫度、壓力、孔板流量計(jì)）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)下位機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由上位機(jī)進(jìn)行天然氣標(biāo)況流量計(jì)算。該計(jì)量系統(tǒng)由于投用時(shí)間較早，存在設(shè)備陳舊、備件不足等運(yùn)行隱患。

本方案的主要內(nèi)容是在不改變原有操作流程的前提下，對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件升級，新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)將在一定時(shí)期內(nèi)雙軌運(yùn)行，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)比對。在確認(rèn)新系統(tǒng)計(jì)算誤差在許可范圍內(nèi)之后，淘汰舊計(jì)量系統(tǒng)。

1 需求分析

通過對公司規(guī)劃計(jì)劃部、煉油廠計(jì)量中心、煉油廠生產(chǎn)調(diào)度多次調(diào)研，總結(jié)出新系統(tǒng)需滿足的基本要求。

1.1 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可維護(hù)性

現(xiàn)有系統(tǒng)計(jì)算軟件由FIX 6.5版本軟件平臺開發(fā)，該軟件平臺僅能運(yùn)行于Windows NT系統(tǒng)。運(yùn)行該軟件的上位機(jī)為已停產(chǎn)的研華610工作站，由于操作系統(tǒng)限制只能有效使用10 G硬盤空間，且該款工作站僅支持并口硬盤。目前該系統(tǒng)由于缺乏技術(shù)支持及配件停產(chǎn)等原因難以進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。新系統(tǒng)應(yīng)采用主流戴爾工作站替換陳舊的上位機(jī)，操作系統(tǒng)升級為Windows 7以上版本。計(jì)算軟件開發(fā)平臺更換為在大慶石化廣泛應(yīng)用，具備良好技術(shù)支持的Realinfo平臺。

1.2 確保系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、合法性

新系統(tǒng)計(jì)算方法必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果在計(jì)量儀表具自身誤差范圍內(nèi)應(yīng)與供方數(shù)據(jù)結(jié)果保持一致。

1.3 提供MES系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)接口

現(xiàn)有系統(tǒng)僅能使用Network DDE方式進(jìn)行第三方數(shù)據(jù)通信，無法將數(shù)據(jù)直接上傳至MES系統(tǒng)。新系統(tǒng)應(yīng)具備MES支持的OPC-DA通訊接口。

1.4 應(yīng)用范圍

該系統(tǒng)主要應(yīng)用范圍：煉油廠計(jì)量中心，煉油廠生產(chǎn)調(diào)度。

2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

（1）建設(shè)一套天然氣入廠自動計(jì)量系統(tǒng)，系統(tǒng)計(jì)算方法符合國家《GB/T 21446-2008》標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）實(shí)時(shí)計(jì)算標(biāo)況下天然氣入廠瞬時(shí)流量、小時(shí)累積流量，實(shí)時(shí)顯示壓力、溫度變化趨勢圖。（3）提供模擬計(jì)算功能，通過修改儀表參數(shù)、天然組份等相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際測量的溫度、壓力及差壓值，計(jì)算標(biāo)況下天然氣流量。（4）歷史數(shù)據(jù)獨(dú)立保存5年以上。（5）提供基于角色的權(quán)限管理，具備“工程師”、“操作工”不同權(quán)限設(shè)定。（6）系統(tǒng)界面保持設(shè)計(jì)與原系統(tǒng)保持一致，不改變即有操作習(xí)慣。（7）提供OPC-DA數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)向MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 設(shè)計(jì)原則

（1）充分考慮現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程和管理模式：在不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程和現(xiàn)有管理模式的情況下，提出可操作的、適合新系統(tǒng)實(shí)施的合理模式。（2）實(shí)用性原則：充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和硬件資源，避免重復(fù)投資。（3）可靠性原則：本系統(tǒng)通過深入的調(diào)研、嚴(yán)密的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的實(shí)施，采用穩(wěn)定先進(jìn)的開發(fā)工具，進(jìn)行反復(fù)的測試，將系統(tǒng)的出錯的可能性降到最低。（4）安全性原則：本系統(tǒng)主要考慮通信網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)器操作系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫安全、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)信息安全以及生產(chǎn)管理細(xì)則措施上的安全性要求。

3.2 技術(shù)架構(gòu)

（1）操作系統(tǒng)采用Windows 7操作系統(tǒng)。（2）在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層，采用Realinfo 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺。 （3）在技術(shù)體系層面，系統(tǒng)將采用C/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件體系設(shè)計(jì)。（4）安全及權(quán)限機(jī)制：面向角色的權(quán)限管理，分為“工程師”及“操作工”兩種角色限制策略。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)體系

3.3.1 硬件架構(gòu)

一次表信號接入一進(jìn)兩出模擬量輸入式隔離柵（MTL5043），一路輸出信號接到原計(jì)量系統(tǒng)，另一路輸出信號接到智能信號轉(zhuǎn)換模塊，智能模塊采用研華的ADAM-6017-BE的8路模擬量輸入模塊，智能信號轉(zhuǎn)換模塊通過485通訊協(xié)議將信號傳送給上位機(jī)。

3.3.2 軟件架構(gòu)

通過RS485/MODBUS接口對研華智能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。計(jì)算模塊調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)形式保存至數(shù)據(jù)庫中。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

具有自動實(shí)時(shí)采集檢測數(shù)據(jù)、自動實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)、按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自動實(shí)時(shí)計(jì)算天然流量并對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)歸檔。同時(shí)對系統(tǒng)設(shè)置的基本參數(shù)、檢測參數(shù)、歷史事件進(jìn)行存儲和管理。

功能模型如圖1所示。

4.1 數(shù)據(jù)采集

采集程序通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus TCP/IP協(xié)議對研華智能模塊進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)包括：溫度、差壓、壓力，數(shù)據(jù)存儲至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

4.2 數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲包括采集數(shù)據(jù)存儲和運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲兩部分，采集數(shù)據(jù)按驅(qū)動提供進(jìn)行存儲，運(yùn)算數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)均可按用戶指定的存儲時(shí)長、存儲周期進(jìn)行存儲，保證數(shù)據(jù)的完整性。

4.3 公式計(jì)算

公式是編程人員在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)在運(yùn)算模塊內(nèi)配置完成的，運(yùn)算用到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可從數(shù)據(jù)庫中直接獲取。

4.4 圖形界面

系統(tǒng)提供圖形化的展示界面，能夠方便用戶對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，同時(shí)提供模擬計(jì)算和真實(shí)計(jì)算界面，能夠快速的調(diào)用運(yùn)算模塊將運(yùn)算結(jié)果在圖形界面進(jìn)行展示。

提供專業(yè)人員所需的壓力、差壓、溫度、四種流量即：體積流量、質(zhì)量流量、體積能量流量、質(zhì)量能量流量、以及它們的1 h、24 h累計(jì)流量，并有壓力、差壓、溫度、瞬時(shí)量的1分鐘趨勢圖和量程設(shè)定值。

4.6 小時(shí)打印

每小時(shí)整點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動生成一條當(dāng)前計(jì)算結(jié)果，并和時(shí)間、描述等信息組成一條該整點(diǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息，通過打印機(jī)驅(qū)動程序?qū)⒈緱l數(shù)據(jù)信息進(jìn)行打印，方便用戶對數(shù)據(jù)存檔。

5 實(shí)施計(jì)劃

5.1 實(shí)施前提

5.1.1 人員保障

由大慶石化公司和金橋公司組成聯(lián)合項(xiàng)目組，共同完成該項(xiàng)目，項(xiàng)目的組織分為三個層次：領(lǐng)導(dǎo)層、管理層和執(zhí)行層，每個層次負(fù)責(zé)不同的項(xiàng)目職能。

（1）領(lǐng)導(dǎo)層。領(lǐng)導(dǎo)層將負(fù)責(zé)對項(xiàng)目整體方向的控制，對項(xiàng)目過程中產(chǎn)生的重要問題進(jìn)行討論分析和決策。（2）管理層。管理層負(fù)責(zé)項(xiàng)目的管理，包括對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度、預(yù)算、資源、集成等項(xiàng)目管理涉及的各方面的控制、分析和工作安排。建議大慶石化公司指定專門項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參與到項(xiàng)目的整體管理當(dāng)中，并負(fù)責(zé)內(nèi)部的工作協(xié)調(diào)和組織對項(xiàng)目工作成果的接收、評估和意見反饋。（3）執(zhí)行層。執(zhí)行層將在管理層的領(lǐng)導(dǎo)下完成對項(xiàng)目的系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試、文檔整理、系統(tǒng)配置等各方面的具體工作。

項(xiàng)目人員配置4人。項(xiàng)目經(jīng)理1人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度、預(yù)算、資源、集成等項(xiàng)目管理涉及的各方面的控制、分析和工作安排；系統(tǒng)設(shè)計(jì)師1人，按需求進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)開發(fā)工程師1人，按設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能；系統(tǒng)實(shí)施工程師1人，負(fù)責(zé)指導(dǎo)用戶使用系統(tǒng)，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 實(shí)施內(nèi)容

（1）軟件開發(fā)。需求調(diào)研、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)培訓(xùn)、系統(tǒng)實(shí)施。（2）用戶培訓(xùn)。對使用該系統(tǒng)的操作工、計(jì)量中心工程師進(jìn)行培訓(xùn)。（3）系統(tǒng)試運(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)布后，進(jìn)入試運(yùn)行階段，實(shí)施人員在現(xiàn)場與原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對監(jiān)控，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及可靠性。

5.3 進(jìn)度計(jì)劃

軟件開發(fā)需68人日，硬件安裝需7人日，計(jì)劃雙軌運(yùn)行3個月。起始時(shí)間2014年1月16日，完成時(shí)間2014年4月29日，需求分析及調(diào)研7個工作日、算法梳理5個工作日、運(yùn)算模塊開發(fā)15個工作日、數(shù)采驅(qū)動10個工作日、存儲邏輯9個工作日、圖形界面8個工作日、打印功能及調(diào)試7個工作日、系統(tǒng)測試、安裝、試運(yùn)行74個工作日。

6 風(fēng)險(xiǎn)分析

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)和實(shí)施應(yīng)用過程中，可能會面臨幾種的風(fēng)險(xiǎn)：（1）計(jì)算結(jié)果與供方數(shù)據(jù)差異大于儀表自身誤差（3%），解決辦法：分解計(jì)算模塊，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)逐一核對計(jì)算方法。（2）訂貨設(shè)備不能及時(shí)到貨。解決辦法：提前訂貨，縮短采購周期

7 實(shí)施效果

提高天然氣入廠計(jì)量的可靠性、實(shí)用性、安全性，具備自主維護(hù)能力。流量計(jì)算符合國家《GB/T 21446-2008》標(biāo)準(zhǔn)，能自動顯示瞬時(shí)流量、累積流量、壓力、溫度等各種參數(shù)與趨勢，系統(tǒng)自動化程度高、計(jì)算準(zhǔn)確、誤差小、操作簡便并可通過模擬計(jì)算功能，推演數(shù)據(jù)異常情況。同時(shí)具備MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳。

8 投資估算

8.1 投資估算范圍

涉及的費(fèi)用范圍為：工程費(fèi)用（硬件費(fèi)、應(yīng)用軟件費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、系統(tǒng)集成費(fèi)），不包括其他費(fèi)用（評估費(fèi)、會議費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)）等。

8.2 投資估算說明

（1）本方案應(yīng)用軟件報(bào)價(jià)包括開發(fā)平臺及系統(tǒng)開發(fā)部分。（2）本方案硬件費(fèi)包含安裝、調(diào)試、施工部分。（3）由于硬件型號和價(jià)格變動頻繁，本方案硬件費(fèi)用僅供參考。

8.3 投資估算結(jié)果

8.3.1 費(fèi)用匯總

系統(tǒng)實(shí)施12.1萬元、軟件采購0.3萬元、硬件采購25.9萬元，合計(jì)14.99萬元。

8.3.2 硬件采購

安全柵6個，費(fèi)用8 280元；研華智能版卡2個，4 980元；工控機(jī)1臺，12 650元。