高壓燃?xì)庹{(diào)壓撬SCADA 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

晉娜娜

（山西省燃?xì)庖?guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山西 太原 030024）

引言

調(diào)壓撬的主要功能是實(shí)現(xiàn)在入口壓力和下游流量不斷變化的情況下，經(jīng)調(diào)壓撬調(diào)壓后獲得一個(gè)穩(wěn)定的出站壓力。調(diào)壓撬一般由進(jìn)出口閥門、進(jìn)站過濾器、安全切斷閥、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)等組成，它是集過濾、計(jì)量、調(diào)壓為一體的燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量設(shè)備。

本文所述工程為某增壓站與液化工廠管道連通工程中的調(diào)壓計(jì)量部分。增壓站壓縮機(jī)出口壓力為5.0 MPa～5.5 MPa，而液化工廠現(xiàn)有原料氣進(jìn)口壓力為3.6 MPa～4.2 MPa，為使壓力相匹配，在液化工廠內(nèi)設(shè)置調(diào)壓計(jì)量撬一座。另外，為更好的保障民生用氣，要求本裝置的設(shè)置還可實(shí)現(xiàn)液化工廠原有氣源向下游管道的反輸功能。

由于調(diào)壓撬要跟隨現(xiàn)有原料氣進(jìn)口壓力變化來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)壓撬出口壓力，故引入SCADA（supervisory control and data acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)壓撬的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和管理[1]。

1 工藝過程

本系統(tǒng)中調(diào)壓撬燃?xì)馊肟谠O(shè)計(jì)壓力為6.3 MPa，出口設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，設(shè)計(jì)流量為42 000 m3/h。

調(diào)壓撬入口處設(shè)有安全放散閥、手動(dòng)截止球閥、氣動(dòng)緊急切斷閥[2]。計(jì)量段分正輸和反輸兩部分，每部分含兩條管線，每條管線上主要設(shè)備依次為籃式過濾器、一臺(tái)渦輪流量計(jì)、一臺(tái)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、止回閥。調(diào)壓撬出口設(shè)有安全放散閥和截止球閥。調(diào)壓撬中設(shè)有壓力、溫度、流量、氣動(dòng)截止閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等儀器儀表。調(diào)壓撬工藝流程圖，如圖1 所示。

圖1 調(diào)壓撬工藝流程圖

調(diào)壓計(jì)量撬入口處所設(shè)緊急切斷閥，與入口處壓力信號(hào)（壓力三選二）及可燃?xì)怏w檢測報(bào)警聯(lián)鎖。

天然氣經(jīng)來氣管線引入本裝置，經(jīng)裝置中濾芯式過濾器除去天然氣中的5 μm 以上的固體粉塵顆粒等雜質(zhì)，經(jīng)氣體渦輪流量計(jì)對(duì)來氣用氣量進(jìn)行計(jì)量，并把流量數(shù)據(jù)通過485 信號(hào)實(shí)時(shí)傳送至中控室，由中控室進(jìn)行積算匯總并生成報(bào)表。

撬內(nèi)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)調(diào)壓撬出口壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開度，調(diào)節(jié)閥配有定位器和電磁閥，可以通過4 mA～20 mA 模擬量信號(hào)調(diào)整開度，同時(shí)開度反饋模塊將實(shí)際開度通過4 mA～20 mA模擬量信號(hào)實(shí)時(shí)反饋會(huì)中控室，電磁閥可以實(shí)現(xiàn)緊急切斷。

另外，整個(gè)撬體管道均設(shè)有電伴熱，在氣體溫度過低時(shí)可分段啟動(dòng)[3]。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

SCADA 系統(tǒng)按層次結(jié)構(gòu)可以分為應(yīng)用層、控制層和設(shè)備層三部分。應(yīng)用層通常也稱為上位機(jī)，由服務(wù)器、工作站、工控機(jī)、通訊設(shè)備等組成。控制層是采用PLC、DCS 等組成的控制系統(tǒng)，與上位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。設(shè)備層有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)截止閥、流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器等[4]。

本系統(tǒng)中，流量計(jì)、可燃?xì)怏w檢測報(bào)警器通過RS485 方式進(jìn)行通訊；壓力變送、溫度變送、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度反饋、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定通過模擬量信號(hào)傳遞；緊急切斷閥、電磁閥通過開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行控制和信息反饋。

控制系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)確定后，要進(jìn)行控制系統(tǒng)I/O統(tǒng)計(jì)，以便進(jìn)行下一步的控制系統(tǒng)選型，控制系統(tǒng)I/O定義表，如第162 頁表1 所示。

由于文章篇幅限制，I/O 表中10-12 為正輸1#管線中的設(shè)備，正輸2#、反輸1#、反輸2# 設(shè)備與此相同，表1 中未能一一列出，所不同的是相應(yīng)的I/O 地址依次遞增。通過對(duì)實(shí)際I/O 統(tǒng)計(jì)，共需AI 通道數(shù)13，AO 通道數(shù)4，DI 點(diǎn)數(shù)2，DO 點(diǎn)數(shù)9，RS485 通訊口4 個(gè)。

表1 SCADA 系統(tǒng)I/O 分配表

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括兩部分，分別是下位機(jī)程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)組態(tài)。下位機(jī)即PLC 控制系統(tǒng)，PLC 程序設(shè)計(jì)是根據(jù)工藝需求、安全需求、控制要求等內(nèi)容，分析控制邏輯，最終轉(zhuǎn)換為PLC 執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。上位機(jī)也稱人機(jī)交互系統(tǒng)，是將PLC 中采集的信息以可視化的方式展現(xiàn)給用戶，界面用圖表、趨勢、形狀、顏色等方式將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來[5]。

3.1 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)

西門子S7-300 PLC 編程分為硬件組態(tài)和程序設(shè)計(jì)兩部分，硬件組態(tài)是將控制系統(tǒng)中所選用的模塊信息和位置信息組態(tài)后下載至CPU。程序設(shè)計(jì)采用LAD 方式編程。程序設(shè)計(jì)中，安全聯(lián)鎖優(yōu)先級(jí)高于設(shè)備工藝控制，撬裝置區(qū)可燃?xì)怏w檢測報(bào)警器濃度或入口聯(lián)鎖壓力超高高限時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行緊急切斷閥關(guān)閉動(dòng)作。入口聯(lián)鎖壓力采用三選二方式進(jìn)行聯(lián)鎖報(bào)警，這樣可以降低系統(tǒng)因壓力變送器故障引起的誤動(dòng)作，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

3.2 上位機(jī)組態(tài)實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)與下位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、顯示等。實(shí)現(xiàn)功能主要包括：工藝流程控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)趨勢圖、報(bào)警記錄、操作記錄、生產(chǎn)報(bào)表、權(quán)限管理等功能。上位機(jī)控制系統(tǒng)操作界面如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)操作界面

4 結(jié)論

高壓燃?xì)庹{(diào)壓撬SCADA 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于處理等功能進(jìn)行集成，大幅提升了調(diào)壓撬管理的自動(dòng)化水平。合理的資源調(diào)配和指揮控制既節(jié)約了生產(chǎn)、運(yùn)行成本，又提高了生產(chǎn)效率；經(jīng)過科學(xué)統(tǒng)籌的用氣調(diào)度，有效降低了能耗，確保了燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。