多種類型自控系統(tǒng)在儲氣庫系統(tǒng)集成中的應用

-.z多種類型自控系統(tǒng)在儲氣庫系統(tǒng)集成中的應用摘要：*國家地下儲氣庫，是將長輸管道輸送來的商品天然氣重新注入地下空間而形成的一種人工氣田。地下儲氣庫具有以下優(yōu)點：儲存量大，機動性強，調(diào)峰*圍廣；經(jīng)濟合理，雖然造價高，但是經(jīng)久耐用，工藝裝置比擬復雜，平安系數(shù)大，平安性遠遠高于地面設施。其裝置的自動化控制選用多種類型控制系統(tǒng)相結合，發(fā)揮不同系統(tǒng)長處，實現(xiàn)儲氣庫自動化平安生產(chǎn)，到達“集中管理，分散控制〞的模式。ThisessayisabouttheinstallationanddebuggingoftheautomationsystemofanationalundergroundNGstorage.ThisnationalundergroundNGstorageisanartificialNGfieldformedbyre-injectingmercialNGfromlongdistancepipelineintoundergroundspace.TheundergroundNGstoragehasmanyadvantagessuchaslargestorage,convenientforuseanddispatch,durableservice,muchmoresafethangroundfacilitiesalthoughit’se*pensiveandplicatedtobuildit.TheautomationsystemisusuallyabinationofdifferentcontrolsystemsinordertomakegooduseoftheadvantagesofeachcontrolsystemandtoassurethesafeoperationoftheundergroundNGstorageinthewayofcentralizedmanagementwithdistributedcontrol.關鍵詞：1．SCADA〔SupervisoryControlandDataAcquisition〕系統(tǒng)；2．DCS〔DistributedControlSystem)，即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)；3．SCS〔SequenceControlSystem〕順序控制系統(tǒng)；4．ESD〔EmergencyShutdownDevice〕緊急停車系統(tǒng)；5．RTU(RemoteTerminalUnit)，中文全稱為遠程終端控制系統(tǒng)。工程背景*國家儲氣庫下轄27座天然氣井場、3座集配站、1座集中處理站、1座分輸站和1座外輸泵站。集中處理站做為儲氣庫注采工藝的核心站場，負責整座儲氣庫的管理、調(diào)度和監(jiān)控；天然氣井場、集配站采用無人值守、定期巡檢的管理模式；分輸站和外輸泵站做為對外單位，負責天然氣外輸計量和管理工作。儲氣庫建立在在半戈壁的沙漠中，沙漠地表多為壟狀和蜂窩狀的固定半固定沙丘，植被稀疏，多為梭梭、檉柳〔紅柳〕等小灌木及旱生和超旱生草本植物。各站點相互之間距離有幾公里甚至十多公里，為減少生產(chǎn)本錢，減少人類對環(huán)境影響，除集中處理站配置生產(chǎn)工人外，其它各站點都為無人值守站，各站系統(tǒng)都是通過冗余光纖進展相互交換數(shù)據(jù)。本工程采用自控行業(yè)先進的SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、SCS系統(tǒng)和井口RTU等多種系統(tǒng)相整合，系統(tǒng)間相互交換工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)信息，對整個儲氣庫生產(chǎn)過程進展集中監(jiān)測、控制和調(diào)度管理。安控科技股份**做為該工程的系統(tǒng)集成商，有多年在油氣田大中型系統(tǒng)工程經(jīng)歷，根據(jù)儲氣庫的地理分布，工藝流程站點多、工藝復雜、系統(tǒng)平安度要求高等特點，工程人員克制現(xiàn)場條件艱辛，工作量大的情況，將各系統(tǒng)整合到一起，實現(xiàn)了遠距離，集中監(jiān)視整個裝置不同地點的生產(chǎn)工藝設備運行狀態(tài)，基于“集中管理，分散控制〞的模式，實現(xiàn)了“現(xiàn)場無人值守，中心站少人值班〞的生產(chǎn)目標。選型原則各站場選擇先進成熟技術，穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，能減輕監(jiān)控人員工作負荷，縮減人員開支原則；處理站系統(tǒng)能集中監(jiān)視整個氣田生產(chǎn)狀況，各站場系統(tǒng)相互通訊，互通生產(chǎn)信息；集配站日常為遠程監(jiān)視，現(xiàn)場少人操作，實現(xiàn)無人值守；ESD系統(tǒng)為故障平安型系統(tǒng)，平安等級應到達SIL3級；井口RTU要具有抗低溫、平安可靠，支持電源、CPU冗余，I/O模塊熱插拔，多種通訊接口等特點。SCADA系統(tǒng)為平安可靠的把各不同廠家的系統(tǒng)溶合到一起，在處理站建立了SCADA調(diào)控中心系統(tǒng)，此系統(tǒng)與處理站DCS、ESD處于一個中控室，該系統(tǒng)主要負責3座集配站、27個天然氣井場、分輸站和外輸泵站數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。SCADA調(diào)度中心系統(tǒng)由以下設備組成：2臺實時數(shù)據(jù)效勞器；1臺歷史數(shù)據(jù)效勞器；1臺WEB數(shù)據(jù)效勞器；1臺磁盤陣列；1臺防火墻；2臺三層交換機；1臺工程師站；2臺操作站。SCADA系統(tǒng)構造圖2臺熱備冗余配置的實時數(shù)據(jù)效勞器是SCADA系統(tǒng)的核心，運行GE公司IFI*上位軟件，通訊介質(zhì)采用冗余光纖，與各站利用MODBUSTCP、OPC等通訊協(xié)議進展通訊。SCADA數(shù)據(jù)效勞器負責處理、存儲、管理從集配站、井場RTU、分輸站、外輸泵站采集的實時數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)存放在實時數(shù)據(jù)庫中，并為網(wǎng)絡中的其它效勞器和工作站提供數(shù)據(jù)。調(diào)控中心設置1臺歷史數(shù)據(jù)效勞器，SCADA歷史數(shù)據(jù)效勞器完成重要工藝設備的歷史數(shù)據(jù)存儲、管理，并為上級管理效勞器和工作站提供數(shù)據(jù)。調(diào)控中心安裝標準效勞器機柜2套〔2100*1000*800，高*寬*深〕，機柜內(nèi)安裝效勞器、交換機等設備，同時安裝KVM1臺，對效勞器進展統(tǒng)一管理，設備都采用采用機架式安裝方式。操作員工作站和工程師工作站采用Windows*P操作系統(tǒng)。操作員工作站是調(diào)度和操作人員與調(diào)度控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的人機接口〔MMI〕，它在調(diào)度控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)中是作為客戶機。操作員通過它可詳細了解各站場運行狀況并下達各控制指令。集中處理站DCS系統(tǒng)集中處理站是氣田生產(chǎn)的關鍵裝置，主要包括日常處理脫烴脫水主裝置，天然氣壓縮機組，以及火炬放空、供水站等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。處理站選用了橫河CENTUM-CS3000大規(guī)模集散控制系統(tǒng)DCS。系統(tǒng)配備了一臺雙重冗余的現(xiàn)場控制器，具有4個CPU冗余容錯，電源卡雙重化，兩側電源卡分別接入市電和UPS電源，并同時工作，一路電源壞掉不會影響系統(tǒng)控制。所有輸入輸出卡件均配有專用端子板。數(shù)字量卡件配有專用繼電器端子板，方便現(xiàn)場接線。系統(tǒng)配有雙重化的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)Vnet/IP和Ethernet網(wǎng)。其它系統(tǒng)可通過Ethernet網(wǎng)與工程師站采用OPC方式進展通訊，實現(xiàn)裝置實時數(shù)據(jù)以OPC方式聯(lián)入工廠現(xiàn)有的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)。處理站DCS系統(tǒng)由控制站、操作員站〔含工程師站〕組成。操作站采用星形拓撲構造，任何一個站出現(xiàn)問題不會影響到其他操作站的運行。DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)〔MODBUSTCP協(xié)議〕與SCADA系統(tǒng)實時效勞器進展通訊。集中處理站ESD系統(tǒng)集中處理站ESD系統(tǒng)是橫河公司的ProSafe-RS工業(yè)平安系統(tǒng)。該系統(tǒng)獨立于DCS集散控制系統(tǒng)，其平安級別高于DCS。在正常情況下，ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設備進展平安保護，防止危險擴散造成巨大損失。ESD系統(tǒng)由控制站、操作員站〔含工程師站〕和輔助操作臺組成。輔助操作臺設置緊急停車按鈕、復位按鈕、鑰匙開關、信號報警器等，與ESD控制站硬線連接，用于發(fā)生緊急事故時，可人工觸發(fā)ESD停車。系統(tǒng)特點：控制器冗余；I/O冗余；通訊冗余；電源冗余；SIL3故障平安型。ProSafe-RS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡由實時控制網(wǎng)絡Vnet和Vnet/IP組成。Vnet或Vnet/IP用于連接控制器和工程師站，工程師站用于系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護和SOE記錄的查看。ESD系統(tǒng)安裝ProSafe編程軟件和CS3000畫面監(jiān)控軟件，可以與DCS系統(tǒng)完全集合，數(shù)據(jù)共享，ESD操作站監(jiān)控顯示ESD工藝流程畫面，并可進展相應操作，DCS操作站僅可監(jiān)視ESD系統(tǒng)畫面，但不能操作。ProSafe-RS系統(tǒng)構造圖集配站、外輸站線系統(tǒng)集配站、外輸站線SCS采用ROCKWELL公司的ControlLogi*5000系列PLC。為增強平安管理，每座集配站還建立獨立的ESD系統(tǒng)，也采用ControlLogi*5000系列PLC。緊急停車〔ESD〕系統(tǒng)，實現(xiàn)集配站的事故停車和保護。該系統(tǒng)即與處理站ESD結合成全氣田的ESD系統(tǒng)，也自行監(jiān)控本站的關鍵生產(chǎn)設備。兩套系統(tǒng)的主控制器、電源模塊、通訊模塊及系統(tǒng)總線均均采用1:1冗余熱備配置，所有I/O模塊均支持熱插拔功能。系統(tǒng)配置有工業(yè)以太網(wǎng)〔Ethernet/IP〕和TCP/IPMODBUS協(xié)議轉換模塊，通過此類模塊，實現(xiàn)ABPLC系統(tǒng)與天然氣井場控制器通訊，實現(xiàn)本集配站管轄*圍內(nèi)的井口數(shù)據(jù)采集和控制，并可實現(xiàn)異常情況下遠程關井功能。集配站人機接口采用高性能PPC-105T平板電腦，帶10”TFTLCD顯示屏，組態(tài)軟件選用三維力控組態(tài)軟件，冗余冗余ControlNetTCP/IPEtherNet〔冗余/環(huán)網(wǎng)均可選〕數(shù)據(jù)通信冗余電源、冗余控制器、冗余通信鏈路現(xiàn)場I/O去控制室SCADA系統(tǒng)井口RTUTCP/IPTCP/IP、、、集配站系統(tǒng)構造圖井場RTU系統(tǒng)在每座天然氣井場設置1套RTU，實現(xiàn)井場溫度和壓力的監(jiān)視，在緊急狀態(tài)下關閉井場緊急迫斷閥。所有參數(shù)通過冗余光纖上傳至集中處理站SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、集配站SCS系統(tǒng)，實現(xiàn)多點時實監(jiān)視井場生產(chǎn)狀況。井場安裝的為安控科技股份**近年開展的實用性、兼容性好，可靠性、平安性高的SuperE50系列RTU。該RTU產(chǎn)品在高寒、高溫地區(qū)有近十年的使用經(jīng)歷，并在石油天然氣行業(yè)有多個以上的實際使用業(yè)績，具有較強快速的技術支持能力。具有先進可靠的硬件，又有各種成熟、有效的高級應用軟件包，滿足氣田生產(chǎn)、控制、管理的需要。SuperE50RTU特點如下：構造先進，易于擴展，可多站協(xié)調(diào)工作，組建復雜系統(tǒng)；模塊化設計工業(yè)標準設計，DIN導軌安裝構造，方便現(xiàn)場安裝；經(jīng)濟可靠、功能強大的通信接口，支持ModbusRTU／ASCII／TCP、DNP3〔可選〕等通信協(xié)議，具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口；高效的工程開發(fā)工具，符合IEC61131-3標準，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語言；友好的人機界面；功能強大的硬件系統(tǒng)，采用32位ARM處理器，嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)(RTOS)；先進的冗余/容錯方式；經(jīng)濟高效的RTU系統(tǒng)；工作溫度-40～+70℃通過CE認證，到達EMC電磁兼容3級標準；QS9000質(zhì)量管理體系。在該工程中，井場建立在半沙漠的戈壁中，現(xiàn)場無操作工人，為實現(xiàn)時實監(jiān)視井場生產(chǎn)參數(shù)信息，結合井場自動化要求，該井場RTU設計為如下特點：配置冗余處理器CPU；系統(tǒng)電源冗余；插拔式I/O模塊，可帶電熱插拔；配10＂TFT帶觸摸液晶顯示器；ENET光纖網(wǎng)絡冗余，與集配站、SCADA系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)；遠程下載程序，無需到現(xiàn)場，在中控室可實現(xiàn)程序編制在線下載；可實現(xiàn)無人值守。井場SuperE50RTU系統(tǒng)實現(xiàn)功能：1〕實時檢測和控制功能具備常規(guī)連續(xù)過程控制、邏輯控制和批量控制功能；PID參數(shù)自整定功能；具有計算功能；具有就地和遠程關閉井口緊急迫斷閥功能。2〕操作功能由10＂TFT帶觸摸鍵盤的液晶顯示器，為井場操作員提供監(jiān)視、控制、維護和處理事故的“人-機〞界面。操作人員，可以調(diào)出或顯示系統(tǒng)中的任何一個信息、畫面；為了確保操作、維護的可靠性、平安性，對不同級別的操作員、維護人員通過“密碼輸入〞或“鍵鎖〞的方式，對其所能進展的操作權限加以限制；畫面的更換時間應不大于1秒，畫面更換方式為翻頁、單觸、聯(lián)動等。3〕、顯示功能操作人員畫面：操作人員畫面界面為中文；畫面種類含：菜單畫面、組畫面、報警畫面；進入畫面方式：操作人員畫面可以從主菜單開場逐級進入。4〕、報警功能過程量的報警類型包括：設定點超限報警和開/停報警；過程變量的報警值由系統(tǒng)工程師設定，組態(tài)時指定報警發(fā)生后過程量的顏色。5〕、數(shù)據(jù)傳輸功能通過光纖通信將RTU數(shù)據(jù)上傳集氣站SCADA系統(tǒng)和所管轄集配站。6〕、初始化功能可通過筆記本電腦或現(xiàn)場操作屏方便地進展系統(tǒng)初始化運行操作。7〕、參數(shù)組態(tài)功能通過RS-232接口或現(xiàn)場液晶屏實現(xiàn)本地讀取、設定工作參數(shù)，也可