油田場(chǎng)站DCS自控系統(tǒng)的運(yùn)行管理與優(yōu)化

鄭海濤，俞家善，陶媛，張富新，張巖峰

（1.中國(guó)石油吐哈油田公司三塘湖采油廠；2.中國(guó)石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院；3.中國(guó)石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆 哈密 839000）

油田場(chǎng)站引進(jìn)DCS自控系統(tǒng)，能夠?qū)?chǎng)站運(yùn)行管理等一系列參數(shù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢測(cè)，若是出現(xiàn)問題，相關(guān)信息會(huì)轉(zhuǎn)回控制中心，由控制中心對(duì)信息進(jìn)行處理，處理過程可以是人工控制或者自動(dòng)化進(jìn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)管理無人值守的目標(biāo)，盡可能降低油田場(chǎng)站控制中心的人員使用率，能夠提高人力資源利用率。自控系統(tǒng)的使用能夠確保油田場(chǎng)站的穩(wěn)定運(yùn)行，提升相關(guān)工作效率，利于生產(chǎn)管理。

1 DCS自控系統(tǒng)介紹

DCS是分布式控制系統(tǒng)的縮寫，國(guó)內(nèi)又稱其為集散控制系統(tǒng)。DCS目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，主要是電力、石化等領(lǐng)域的使用。早期DCS自控系統(tǒng)通過專用硬件和不公開內(nèi)部數(shù)據(jù)總線等措施以此達(dá)到壟斷市場(chǎng)的目的，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備缺乏操作和交換性，并不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備和外界的信息傳遞，信息傳遞通過電壓或者電流的模擬信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)傳感設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備連接DCS控制站進(jìn)行對(duì)接，就會(huì)導(dǎo)致控制線和儀表間的線路呈現(xiàn)復(fù)雜多樣的形式。基于此對(duì)DCS自控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將信息以及集成等方面的欠缺部分優(yōu)化，提升系統(tǒng)的相關(guān)性能。

DCS自控系統(tǒng)總體分析是經(jīng)過4個(gè)階段的演變。隨著演變的進(jìn)行，系統(tǒng)層面也有了公開，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的設(shè)計(jì)越發(fā)看重。第四代系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的集合以及相應(yīng)的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)、以太網(wǎng)以及總線的集成，以此對(duì)于不同系統(tǒng)層面的現(xiàn)場(chǎng)、過程等進(jìn)行監(jiān)控。相較于早期DCS系統(tǒng)，新型DCS自控系統(tǒng)通過公開數(shù)據(jù)總線，實(shí)現(xiàn)儀表的接入，還能和現(xiàn)場(chǎng)儀表和相應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)接。DCS自控系統(tǒng)也具有一定的開放性和集成性。用戶能夠通過DCS自控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)配置等進(jìn)行科學(xué)操作，性價(jià)比較高，為油田信息網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)信息的傳遞提供有效的途徑，推進(jìn)了油田場(chǎng)站信息化的發(fā)展。首先，現(xiàn)場(chǎng)總線屬于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的核心網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)x表和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等集成至系統(tǒng)里，底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線的連接方式也會(huì)相應(yīng)的變化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息傳遞多樣化，減少了現(xiàn)場(chǎng)和控制站連線的復(fù)雜性。對(duì)于回路控制功能也能較為分散并不局限。早期DCS系統(tǒng)利用的是工業(yè)以太網(wǎng)，DCS接入以太網(wǎng)對(duì)信息進(jìn)行采集和控制，提高其公開性。DCS的服務(wù)器功能能夠有效將監(jiān)控和信息集成，對(duì)油田場(chǎng)站實(shí)現(xiàn)資源共享，接入網(wǎng)絡(luò)后的DCS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)油田場(chǎng)站整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信息的共享。DCS自控系統(tǒng)是通過信息管理實(shí)現(xiàn)的綜合信息服務(wù)系統(tǒng)，從現(xiàn)場(chǎng)到設(shè)備，從設(shè)備到車間等為企業(yè)管理提供有效的解決措施，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的決策。

2 油田場(chǎng)站DCS自控系統(tǒng)

（1）上位機(jī)。兩臺(tái)上位機(jī)利用網(wǎng)卡進(jìn)行連接，確保系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠，還可以連接打印設(shè)備進(jìn)行報(bào)表等打印或者拷貝。主要應(yīng)用于上位機(jī)組態(tài)、數(shù)據(jù)處理等相關(guān)程序，系統(tǒng)界面是較為簡(jiǎn)單的下拉式，對(duì)于流程圖、實(shí)施曲線或者數(shù)據(jù)等進(jìn)行調(diào)用，此外還可以通過相關(guān)報(bào)警記錄對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的查找工作，上位機(jī)和下位機(jī)是通過通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息間交流。

（2）下位機(jī)。從功能上分析主要有高級(jí)控制模塊ACM，屬于核心控制，通過模塊間的連接，對(duì)上位機(jī)和相關(guān)模塊運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)，還含有輸入輸出設(shè)備，下位機(jī)是利用智能化相關(guān)模塊，有一定高性能，系統(tǒng)有自動(dòng)識(shí)別、自主診斷等相關(guān)功能，控制程序通過相關(guān)控制器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，屬于整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，分別有3個(gè)模塊，模塊間利用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通訊，輸入輸出模塊和ACM控制器模塊都在模塊架上，通過輸入輸出模塊實(shí)現(xiàn)信息的現(xiàn)場(chǎng)采集，對(duì)于調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行控制信號(hào)的傳遞，輸入輸出根據(jù)相關(guān)的控制信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息的采集工作，每個(gè)模塊就如獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，含有微處理器，以此實(shí)現(xiàn)輸入輸出的掃描，并且有故障診斷、刻度標(biāo)定等相關(guān)功能。和上位機(jī)通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余的信息傳遞，下方和編程邏輯控制器等實(shí)現(xiàn)通訊。增強(qiáng)的模擬模塊屬于智能輸入輸出模塊，含有多個(gè)組態(tài)通道，其中各個(gè)通道進(jìn)行模擬輸入、加法求和輸入等，并且也有短路保護(hù)、故障自主診斷等功能。標(biāo)準(zhǔn)模擬量模塊是智能的組態(tài)模塊，可組態(tài)通道的個(gè)數(shù)是增強(qiáng)模擬模塊的兩倍，各個(gè)通道間含有離散輸入輸出、模擬輸出等，也有故障自主診斷、短路保護(hù)等功能。標(biāo)準(zhǔn)離散量模塊，也是智能組態(tài)模塊的一種，可組態(tài)通道數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)模擬量相同，具有短路保護(hù)、冗余等功能。溫度模塊是利用RTM和電阻等將輸入的信息至ACM，組態(tài)通道數(shù)和增強(qiáng)的模擬模塊相同，也具有短路保護(hù)、冗余等功能。MBI接口是令個(gè)人計(jì)算機(jī)和APACS控制器進(jìn)行相應(yīng)的通訊，MBI接口位于個(gè)人計(jì)算機(jī)16位ISA插槽，使各項(xiàng)操作臺(tái)、故障處理等功能得以實(shí)現(xiàn)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)儀表。通過利用智能壓力和相關(guān)流量變送器、液位開關(guān)、熱電偶等，現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出點(diǎn)包含有壓力、燃?xì)鉂舛?、物理狀態(tài)等諸多點(diǎn)位。

3 系統(tǒng)軟件功能

上位機(jī)常應(yīng)用INTOUCH軟件，基于操作系統(tǒng)，生成人機(jī)界面，下位機(jī)與APACS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場(chǎng)儀表和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，若是出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，相關(guān)工作人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行及時(shí)的解決。INTOUCH主要有應(yīng)用程序管理器，開發(fā)環(huán)境，包含有人機(jī)對(duì)話、新的窗口出現(xiàn)、建立標(biāo)簽等，能夠記錄報(bào)警信息。此外還能對(duì)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和報(bào)告。ACM組態(tài)軟件主要用于基礎(chǔ)的軟件包，配置較為靈活，能夠?qū)τ吞飯?chǎng)站生產(chǎn)的連續(xù)量和離散量進(jìn)行控制，語(yǔ)言多樣化，可以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

原料氣增壓系統(tǒng)有入口分離器、壓縮機(jī)出口冷卻器等，壓縮機(jī)的入口溫度、流量、壓力等是主要監(jiān)控環(huán)節(jié)，壓縮機(jī)出口壓力控制等。分子篩脫水系統(tǒng)含有入口分離器、干燥器、加熱器等，主要對(duì)再生氣溫度、流量等進(jìn)行控制。脫丁烷塔系統(tǒng)包含脫丁烷塔、加熱器、重沸器等，對(duì)壓力、溫度、脫丁烷塔回流等加以控制。液化石油氣罐包含有外輸泵，并且有相應(yīng)儀表進(jìn)行檢測(cè)。導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)有脫乙烷重沸器、再生氣加熱器等，對(duì)導(dǎo)熱油壓力進(jìn)行控制，測(cè)量加熱爐的溫度等。制冷系統(tǒng)主要是膨脹機(jī)、低溫分離器等，控制膨脹機(jī)進(jìn)口壓力控制、冷箱壓力控制等。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)

ACM輸入輸出模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的流量、液位等信號(hào)進(jìn)行傳遞，利用模數(shù)實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再通過ACM進(jìn)行相應(yīng)的處理。ACM控制器下達(dá)的命令主要是輸入輸出模塊的通道實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)作的控制，含有階梯控制、自動(dòng)消防控制等。有液化氣、天然氣等流量計(jì)算，有氣態(tài)和液態(tài)2種，對(duì)于氣體進(jìn)行溫度等計(jì)算。系統(tǒng)報(bào)警功能是通過變色實(shí)現(xiàn)報(bào)警操作，有聲光報(bào)警操作，并且還可以對(duì)歷史報(bào)警進(jìn)行相應(yīng)的記錄。工藝環(huán)節(jié)管理有流程圖的生產(chǎn)工藝，通過柱狀圖的相關(guān)信息對(duì)回路加以控制，并且生成報(bào)警數(shù)據(jù)，可以手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)回路。細(xì)節(jié)圖是以檢測(cè)的曲線以及相應(yīng)柱狀圖直觀反映各項(xiàng)變化趨勢(shì)，包含有報(bào)警、模擬量等。屏幕按鈕是對(duì)泵停的控制、聯(lián)鎖的確認(rèn)等。歷史曲線對(duì)于數(shù)據(jù)生成的周期等進(jìn)行相應(yīng)的記錄，通過曲線的形式將周期工藝參數(shù)的各項(xiàng)情況進(jìn)行直觀的影射。

4 DCS系統(tǒng)優(yōu)化建議

利于操作人員的簡(jiǎn)便，相關(guān)運(yùn)用語(yǔ)言可以是中文Windows nt4.0，基于此在實(shí)際操作應(yīng)用中能夠運(yùn)行。因?yàn)橄到y(tǒng)中上位機(jī)內(nèi)存和相關(guān)硬盤配置容量并不高，應(yīng)該優(yōu)化相關(guān)內(nèi)存和硬盤配置，不僅能夠提升處理速率，對(duì)于歷史信息也能夠較好地保存，以便于相關(guān)工作者對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探究其實(shí)際規(guī)律。油田場(chǎng)站可能存在電力不充足現(xiàn)象，可以適當(dāng)增加電池組，盡可能延長(zhǎng)相應(yīng)的時(shí)間，必要時(shí)可以選擇增加備用。DCS自控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)分析，若是要將其作用發(fā)揮到最大化，應(yīng)該要對(duì)系統(tǒng)中的直接控制和過程控制引起注意，著重生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)層級(jí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善。

5 結(jié)語(yǔ)

DCS自控系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)等監(jiān)控較為全面，自動(dòng)化模式較高，并且具有一定的實(shí)時(shí)性，各項(xiàng)參數(shù)的誤差較小，數(shù)據(jù)有較高的準(zhǔn)確性。在油田場(chǎng)站進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用時(shí)，生產(chǎn)運(yùn)行較為靈活，可以將相關(guān)報(bào)表輸出，對(duì)于交互界面也有一定可視程度，確切來說一定程度上能夠滿足生產(chǎn)所需的相關(guān)要求。