和利时FOCS技术在高效分水器中的应用

一、引言 近年来，随着我国陆上油田的中后期开发，各油田相继进入了高含水或特高含水期，原油产量逐年递减，综合含水大幅度上升，液量增大而原油物性复杂，给原油脱水处理造成了极大困难。为此，胜利油田胜通新科技开发中心的科技人员开发了专利产品——高效分水器，通过大面积的推广与应用，已经取代传统高耗能的电脱水器， 成为高含水原油脱水工艺的核心设备，具有十分明显的经济效益和社会效益。 但是，分水器的应用过程中还存在以下问题：人工调节时，分水器的油位、水位两个参数无法可靠地掌握，导致分水器的出油含水和出水含油指标不稳定，严重限制了分水器性能的进一步提高。为此，在分水器的实际应用中，我们对其实施了自动化改造，采用和利时公司的最新现场总线技术FOCS系统，使得分水器成为一套智能化的原油生产设备。 本自控系统共有31个温度、18个压力及流量液位等AI点，8个调节回路，属于中小型控制系统。 二、FOCS技术特点 1、现场总线的优势 现场总线PROFIBUS（PROCESS FIELD BUS）是以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络（OSI，Open system interconnection）作为参考模型而形成的集微处理技术、网络技术、通讯技术和自控技术于一体的产物。其显著特征是通过网络信号的传输联络，可由单个节点或多个节点共同完成所要求的自动化功能，是一种由网络集成的自动化系统。与其它现场总线系统相比，Profibus的最重要优点是它的普遍性，它包括了加工制造、过程和楼宇自动化等广泛应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。目前Profibus 有三种系列：Profibus –DP、Profibus –PA、Profibus –FMS，而最具竞争力的一类Profibus -DP（Decentralized Periphery），它是一种高速和便宜的通信连接系统，专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用，传输速率为12Mbps。使用Profibus-DP模块可取代24伏或4～20毫安的串联式信号传输。它采用直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，以RS－485传输技术或光纤媒体传输，使得对数据链路层的存取变得简单方便。 2、FOCS系统的特点 FOCS系统是在现场总线技术的基础上，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。它是在继承HS2000系统可靠、实用等优点的基础上，广泛吸收了近年来国际上计算机芯片、软件、网络和现场总线发展技术而自主设计的、达到了国际先进水平的新一代分布式控制系统，应用于中小规模的过程控制场合。 整个系统采用了应急安全保护措施。利用油气界面高低限报警传感器，在室内增设闪光报警器进行声光报警，一旦发生报警，即刻启动紧急保护措施控制现场运行，保护生产。计算机控制核心系统采用冗余配置，一旦工作机发生故障，备份机即自动切换为工作机，从而保证系统正常连续地运行，避免整个系统瘫痪，具有极高可靠性。 系统上层网络采用了10/100Mbps以太网络的连接，符合标准的TCP/IP协议，增强了开放性；系统模块智能化，大大减少信号电缆，而且均可带电拔插；系统各单元采用冗余配置，增强了系统的可靠性。 3、FM181的结构特点 现场设备参数的采集用FOCS系统的回路调节模块FM181，其结构如下： FM181是一种高智能模块，作为控制系统的核心，能够同时处理多种输入输出信号，经过内部PID运算对现场进行实时控制与调节，使分水器精确地运行在设定的参数值，达到最佳的分水效果。从而形成了新一代智能型高效分水器。系统通过组态软件将离线程序下装到在线运行的181智能模块内部的板基芯片上，当操作站总线断电的时候，181智能模块可以按照原有的程序继续运行、调节，有力的保证了现场的生产。 三、系统配置 系统配置图如下： 操作站选用高可靠的工业控制计算机，用作工程师站。 网络为Profibus—DP现场总线，通过以太网与MIS网（企业管理网）连接，便于各层领导的直接管理。 现场模块固化板极程序，完成自诊断、通讯、信号处理等功能。本系统选用FM181智能模块，作为本地站，24VDC供电；现场信号均采用4~20mA标准信号输入、输出；考虑到生产现场需要隔爆，181智能模块安置在控制室内，现场信号通过安全栅连到模块上，构成本质安全防爆系统；主控中心采用高可靠性的操作站，它是监视控制软件系统运行的可以将控制系统的生产数据传到以太网上进行数据共享，同时操作站的冗余，保证了现场设备的连续运行。 现场仪表选用高可靠的智能变送器，带发讯器的液位计，以及带反馈回讯系统的调节阀，检测参数和控制现场设备的运行。 四、组态说明 工程师站选用功能强大并获得广泛运用的监控软件FOCSOFT，运行在WindowsNT4.0下，用户界面友好，全中文操作，组态方便。该组态软件主要完成系统配置和I/O模块的选择，包括数据库、历史库、事故库以及历史曲线，数据报表的设置。如图所示： 包括离线组态和在线运行。离线组态是生成应用系统的过程，对选用的I/O模块设置量程上下限，报警级别，对FM181设置PID算法，工作方式以及控制级别，将源文件进行编辑、编译，形成应用程序，至此离线组态工作完成。设置好与FM181对应的设备地址，将程序下装至板基芯片上，即可在线运行。 五、结束语 本系统界面友好、操作方便，通过对关键参数的监视，进行现场PID调节，达到了现场设备流程的完全自动控制，可靠性好，抗干扰能力强，现已在胜利油田的陈庄集输油站、首站完成两套，投入运行，效果较好，提高了分水效果，减轻了操作人员工作量。得到了油田单位和用户的好评，取得了良好的经济效益和社会效益。 参考文献： [1] 北京和利时，FOCSTM Hardware Handbook，北京和利时系统工程股份公司，1998 [2] 北京和利时，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 [3] 吉林工大，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 [4] Profibus传输协议及三种现场总线运用，中国工业出版社，2000 [5] 浙江大学，周春晖，《化工过程控制原理》，浙江大学出版社，1998 山东省东营市河口区中心路68#，张泽宇(13954605283) 项目工程师,2000年毕业于石油大学（华东）自动化系自动化仪表及应用专业。