EPKS 系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

帕提古麗·熱合曼，馬合木提·吐爾遜

（吐哈油田油氣生產(chǎn)服務(wù)中心維修技術(shù)服務(wù)部，新疆吐魯番 838202）

0 引言

壓縮機(jī)、加熱爐是油氣生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到油氣產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量，尤其是在當(dāng)前產(chǎn)量緊張和安全生產(chǎn)倍受關(guān)注的情況下，提高設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控的安全性、實(shí)時(shí)性，為操作人員提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息，能夠及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，確保壓縮機(jī)、加熱爐的安全平穩(wěn)高效運(yùn)行是十分必要的。

1 項(xiàng)目背景及存在問題

輕烴壓縮機(jī)、加熱爐等設(shè)備的數(shù)據(jù)以前通過RTU 串行技術(shù)、按照Modbus 通信協(xié)議和力控PcAuto 過程自動(dòng)化控制軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控并網(wǎng)上發(fā)布，但是隨著油田開發(fā)及生產(chǎn)的不斷變化，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息及通信技術(shù)的突飛猛進(jìn)，原監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性、可維護(hù)性、技術(shù)先進(jìn)性等方面顯得不足，多次對(duì)監(jiān)控軟件進(jìn)行完善還是滿足不了實(shí)際要求。

2 EPKS 系統(tǒng)簡介

2.1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

EPKS 過程知識(shí)系統(tǒng)是Honeywell 最新一代的過程自動(dòng)化系統(tǒng)。它將人員與過程控制、經(jīng)營和資產(chǎn)管理融合在一起，綜合計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制等4C 技術(shù)。EPKS 為用戶提供遠(yuǎn)高于集散控制系統(tǒng)的能力，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，EPKS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 EPKS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EPKS 系統(tǒng)包括3 部分：帶I/O 卡件的C300 控制器、FTE容錯(cuò)以太網(wǎng)和人機(jī)接口服務(wù)器/操作站。C300 控制器I/O 卡件和生產(chǎn)過程相聯(lián)接，操作站和操作人員相聯(lián)系，以太網(wǎng)把這兩部分聯(lián)成系統(tǒng)。從現(xiàn)場發(fā)送過來的信號(hào)經(jīng)過IOTA 板進(jìn)入相應(yīng)的IOP 模塊，然后進(jìn)入C300 控制器?？刂破魈幚砗蟮男盘?hào)通過防火墻送到交換機(jī)，交換機(jī)出來后送到EPKS 服務(wù)器和2 臺(tái)操作站。

EPKS 系統(tǒng)的核心——C300 控制器是新一代的基于CEE執(zhí)行環(huán)境的控制器，作為與現(xiàn)場信號(hào)接口的模塊，具有常規(guī)調(diào)節(jié)控制、邏輯控制、順序控制等強(qiáng)大的控制功能。它的主要任務(wù)：上位機(jī)通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、IOLINK1 跟IO 模塊通信、IOLINK2 跟IO模塊通信、確定性控制執(zhí)行環(huán)境等。

2.2 系統(tǒng)功能

EPKS 系統(tǒng)具備以下功能：全局?jǐn)?shù)據(jù)庫功能；提供IE 瀏覽器訪問過程畫面的功能；全局在線文檔功能，在線幫助和技術(shù)資料支持；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫功能，服務(wù)器故障情況下，客戶機(jī)可直接從控制器讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；繪制、顯示流程圖功能；歷史記錄、歷史曲線功能；報(bào)警功能；通信功能，形成全廠一體化管理系統(tǒng)。

3 改造方案和實(shí)施

改造方案是利用RS485 串行端口技術(shù)，按照Modbus RTU通信協(xié)議，將壓縮機(jī)、加熱爐控制設(shè)備的數(shù)據(jù)首先進(jìn)入網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成ModbusTCP 協(xié)議傳送到EPKS 系統(tǒng)，然后在服務(wù)器上做軟件組態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.1 硬件配置

在EPKS 系統(tǒng)中，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）控制器是第三方控制器，具有數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控功能。SCADA 控制器通過網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接，服務(wù)器可以監(jiān)視和管理第三方控制器的過程控制數(shù)據(jù)。因此，壓縮機(jī)、加熱爐的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)，它接受現(xiàn)場經(jīng)過處理的批量數(shù)字信號(hào)。通過SCADA 控制器實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)、加熱爐數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的總體框架如圖2 所示。

圖2 壓縮機(jī)、加熱爐數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控總體框架

3.2 軟件組態(tài)設(shè)置

在EPKS 服務(wù)器上，進(jìn)入MODBUS 通信軟件，對(duì)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)進(jìn)行配置。壓縮機(jī)、加熱爐PLC 控制器的數(shù)據(jù)，按照Modbus RTU 通信協(xié)議首先進(jìn)入網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 協(xié)議接入EPKS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)、加熱爐數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。具體的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)配置如圖3 所示，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)配置步驟如下：

圖3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)配置

進(jìn)入SCADA 組態(tài)畫面（Quick Builder），建立通道。打開configuration studio→點(diǎn)擊control strategy→點(diǎn)擊SCADA control 下面的build channels，建立通道，組態(tài)配置完后進(jìn)行下裝，在操作站中激活。建立通道的組態(tài)配置如圖4 所示，具體操作步驟如下：

圖4 建立通道的組態(tài)配置

進(jìn)入SCADA 組態(tài)畫面（Quick Builder），建立控制器。打開configuration studio→點(diǎn)擊control strategy→點(diǎn)擊SCADA control 下面的controllers，建立控制器，組態(tài)配置完后進(jìn)行下裝。建立控制器的組態(tài)配置如圖5 所示，具體操作步驟如下：

圖5 建立控制器的組態(tài)配置

進(jìn)入SCADA 組態(tài)畫面（Quick Builder），建立SCADA 點(diǎn)。打開configuration studio→點(diǎn)擊control strategy→點(diǎn)擊SCADA control 下面的points，建立SCADA 點(diǎn)，配置SCADA 點(diǎn)的PV、SP 和OP，進(jìn)行下裝。建立SCADA 點(diǎn)的組態(tài)配置如圖6 所示。具體操作步驟如下：

圖6 建立SCADA 點(diǎn)的組態(tài)配置

EPKS 系統(tǒng)提供專業(yè)的繪圖軟件，可以繪制流程圖、表格等，在流程圖和表格上填加各類檢測信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示和監(jiān)控，投入運(yùn)行的壓縮機(jī)、加熱爐的數(shù)據(jù)集成監(jiān)控界面如圖7 和圖8 所示。

圖7 投入運(yùn)行的壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)集成監(jiān)控界面

圖8 投入運(yùn)行的加熱爐的數(shù)據(jù)集成監(jiān)控界面

4 實(shí)施效果

（1）效益評(píng)價(jià)：①開發(fā)后的組態(tài)設(shè)置及編譯程序準(zhǔn)確合理，提高機(jī)組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，減少因設(shè)備故障引起的經(jīng)濟(jì)損失，為輕烴機(jī)組的平穩(wěn)、高效、安全運(yùn)行提供有力保障；②該方案的實(shí)施及投用為操作人員提供很多方便，減少操作人員的設(shè)備巡檢次數(shù)，為企業(yè)節(jié)省人力及財(cái)力，大大提升企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益；③一年的運(yùn)行狀況表明，改造方案合理，硬件擴(kuò)建和軟件開發(fā)科學(xué)，監(jiān)控機(jī)穩(wěn)定性可靠，更好地滿足大型設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)集成監(jiān)控要求，在及時(shí)處理現(xiàn)場報(bào)警、降低事故發(fā)生頻率等方面取得明顯效果。

（2）推廣前景：①DCS 系統(tǒng)的硬件擴(kuò)建及軟件開發(fā)功能比較強(qiáng)，應(yīng)用靈活、運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)勢，值得推廣；②現(xiàn)場機(jī)組控制器與DCS 之間通信設(shè)置與開發(fā)促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的完美結(jié)合，充分體現(xiàn)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的發(fā)展趨勢，有比較廣泛的應(yīng)用及推廣前景。

5 結(jié)束語

下步工作計(jì)劃是進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場機(jī)組控制器及儀器儀表的定期巡檢、維護(hù)保養(yǎng)，保證壓縮機(jī)、加熱爐等大型設(shè)備的平穩(wěn)、高效運(yùn)行，為安全生產(chǎn)提供有力保障；溫米生化裝置和輕烴裝置的數(shù)據(jù)需要進(jìn)入EPKS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。因此，需要對(duì)EPKS 系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，開發(fā)系統(tǒng)硬件及軟件功能，積極參與該方案的實(shí)施工作，更好地滿足安全生產(chǎn)的要求。