DCS控制系统在原油稳定压缩机中的应用

作者：王红莲 张泽宇 吴新文

欢迎访问e展厅 展厅 7 工业PC/工控机展厅 DCS卡, 平板电脑, 工控板, 单板机, 监控系统, ... 摘要：文章介绍了DCS系统在压缩机装置的应用，包括DCS系统特点，自控改造方案，设备仪表选型，报警措施等。 关键词：压缩机 DCS控制系统 报警设定器 组态 1、引言 原油稳定压缩机是油气集输系统生产中原油稳定、油气处理的重要设备, 该装置工艺流程复杂，生产过程易燃易爆，同时对生产参数的控制要求严格。油气集输系统中的联合站大都利用压缩机作为原油稳定、油气处理的装置。 目前压缩机控制仪表全部是电-Ⅱ型仪表，为220V供电，防爆等级低，无数据远传功能；大多数参数调节靠人为手动，或者靠简单的仪表进行监测;仪表的故障率较高，控制效率低;生产出现故障时，也不容易查找事故原因，造成了生产、安全等诸多不稳定的因素;同时又不能对生产参数的历史数据进行储存，不便于生产管理，严重限制了压缩机装置自动化技术的进一步提高,成了阻碍该装置自动化改造的瓶颈.为了克服以上毛病，提高压缩机自动运行的能力，达到提前预警的目的，同时确保原油的产量和质量，提高原油的外输率，应用DCS作为新的控制系统对该装置进行改造势在必行。 2、总体方案设计 2.1、总体方案简介 压缩机装置有30多个重要的生产参数，各生产参数相互牵制与影响。该装置对生产参数的要求较高，具体要求如下：进气压力<-0.05Mpa，排气压力>0.35Mpa，排气温度>85℃，机油压力<0.25Mpa，机油温度>65℃，必须进行声光报警，提醒操作人员及时处理，确保生产的安全；如果排气压力>0.45Mpa，排气温度>95℃，机油压力<0.15Mpa，机油温度>70℃，必须进行停机处理。将压缩机的生产参数如温度、压力等分为两路输入控制系统：一路引入报警设定器，报警设定器根据内部的参数设定的报警值，检测生产参数，如果生产参数异常，则发出故障报警信号，停止压缩机，保障设备、生产的安全；另一路引入DCS系统，进行参数的常规显示和流程画面，在发生故障或压缩机停机时，进行声光报警，提示操作人员，有效防止误操作，紧急排除险情。该系统提供历史数据浏览查询功能，可以对历史数据进行跟踪查询，为分析故障原因提供方便。整套系统相辅相成，界面友好直观，操作方便，既节省了人力资源，又提高了工作效率。 2.2控制系统的技术简介 具有代表性的是FOCS系统和MACS系统，这两种控制系统都具有开放的体系结构，可提供多层的开放数据接口，具备强大的处理功能，提供了方便的组态；支持多种现场标准，可以适应未来的扩展需要；并且系统可靠性高，维修方便。系统的冗余、容错、自诊断能力较强，技术支持能力也比较强大。不管在功能，还是在稳定性和实用性等方面都满足了该装置自控的需要。 1、控制系统的优越性： 投资少，供货周期短，备品备件有保障。 控制水平更加多样化，可以满足多复杂控制方案的实现。 有利于集中控制，减少了系统维护量及相关备品备件的更换。 系统采用冗余，大大增加了系统的安全可靠性。 充分利用计算机的优越性，对现场仪表进行故障诊断和在线调整 减少了装置操作人员和维护人员的劳动强度，减员增效。 2、控制系统的技术新特点 a、系统是以微处理器为基础的智能分散结构，软硬件的紧密结合使系统能力充分发挥。 b、控制器采用冗余配置，具有高度的可靠性，系统内任何一个组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。 c、底层连接的网络化、I/O模块的全智能化，热备份的冗余技术，可靠的带电拔插的技术特征。 d、组态软件功能具有标准的SFC、FBD、LD、ST、FM 5种组态工具，图形工具里有丰富的图形库，很快就能绘出界面友好的流程图。 e、系统网络为100M冗余快速以太网，极大加速 了网络速度，对将来的扩容和改造留下了充分的余地。 f、采用完全开放的、先进的软硬件技术，结构灵活、安全便利、维护简单。 3、系统组态及人机交互界面 组态软件为和利时的DCS系统FOCS或MACS，软件平台为中文WIN2000，配置数据交换网卡，将数据发布到MIS网上，实现压缩机生产参数的共享；在其它岗位或办公室的计算机上配置实时信息采集软件，可以了解压缩机的参数和运行情况。组态软件主要包括五个子系统：系统配置、数据库生系统、控制方案生成、图形生成、报表生成。另外还有历史库生成和共享库生成。控制系统通过下位机组态软件编辑程序，控制压缩机运行；上位机组态软件编辑流程图画面，供人机对话。压缩机根据程序运行，实现报警联锁，一旦发生报警，计算机界面将弹出报警画面，提醒操作人员对生产情况及时处理，保障生产的安全运行。控制系统的主要功能：数据采集及处理，流程操作控制及监督管理，操作画面显示及报警显示，历史数据储存功能，设备和状态监视，程序控制，报表打印，执行紧急关断逻辑。 2.3、控制系统和仪表的选型 为保证压缩机连续、高效、可靠的运行，选用北京和利时股份有限公司开发的DCS系统作为控制系统，由于压缩机装置运行起来振动相对较大，并且对温度、压力的要求较高，因此，仪表选用抗振性能较好的产品铠装一体化温度变送器和压力变送器，用进口的报警设定器与继电器的结合来控制压缩机的启停，同时将报警信号引入计算机控制系统，及时进行声光报警和报警弹图。 报警设定器选用美国的多路输出报警输出控制器，该设备运行可靠，维护量小，运行时间长。 3、控制系统硬件设计 3.1、硬件配置 压缩机装置的控制系统主要组成部分：2台服务器（又叫控制站，冗余配置），2台操作员站（其中一套兼做工程师站），现场控制站，通讯站，1台打印机。 系统的网络拓图见下图： 3.2、报警设定器 这是本次压缩机自动化改造的成功之处。报警设定器选用美国的多路输出报警控制器，该设备采用最新的数字技术和微处理器对现场来的信号进行报警，有单通道和双通道两种形式，同时可输出模拟信号。报警设定器面板上有自诊断指示和输出指示灯，随时监视每个通道的工作状态。该设备模块化设计，运行可靠，维护量小。 压缩机的连锁停机控制很重要，用报警设定器代替原有电气控制柜电-Ⅱ型仪表，改为低电压（24V）控制，在新的电气控制柜中增加24V继电器，控制压缩机的运行；利用报警设定器的模拟输出既保证信号的采集，又能完成压缩机的报警保护。在正常情况下，一旦压缩机运行，就不要求停机。报警设定器可解决在计算机出现故障或需要维护系统时，不停机控制压缩机的运行。这样即使在自控系统或计算机停止运行时，压缩机也能正常运行，减少了压缩机停机时间。 报警设定控制回路图如下： 4、系统的应用效果与分析 河口采油厂联合站，如首站、大北站的压缩机控制采用DCS改造后，压缩机运行稳定，工人劳动强度低，系统工作稳定可靠，数据实时采集、许算和统计，大大提高了压缩机故障处理的及时性、准确性，提高了工作效率和管理水平。同时压缩机DCS自成系统，及可以单独控制，又可以连在联合站的大系统中，为联合站的自动化改造提供了可靠基础。 5、结束语 压缩机装置对原油资源的高效处理，既节约了资源，又最大限度地减少了对大气环境的污染，做到了社会效益、经济效益、环境效益三效益的协调统一。采用DCS集散控制系统后，随着产品质量的提高，极大地拓展了企业的盈利空间，进一步增强了企业的市场竞争能力，促进了企业在技术与管理方面走上一个崭新的高度。 DCS控制系统的优势，在于可以灵活简便的实现多种控制方案，DCS系统在压缩机生产过程中的应用，是油田稳定系统发展的必然趋势。随着自动化技术的不断发展和完善，成本大幅度下降，可靠性不断提高，压缩机采用DCS控制系统控制，就可实现生产过程中的快速、准确、平稳和可靠的操作，达到提高效率，节约能源的目的。 参考文献： [1] 北京和利时，FOCSTM Hardware Handbook，FOCS控制系统组态的方法和技巧，北京和利时系统工程股份公司，1998 [2] 唐济扬，《Profibus传输协议与在自动化系统中的运用》，吉林工业大学出版社，1999 [3] 2000王常力：现场总线与DCS：讨论与实践 99年《自动化博览》 [4] 浙江大学，周春晖，《化工过程控制原理》，浙江大学出版社，1998(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/27/2006)