和利时DCS控制系统在原油稳定压缩机中的应用

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 Abstract: This paper introduces the application of DCS in compressors, contains the characteristic of DCS system, the plan of automatic controlled system’s transform, the selection of type, the measure of alarm. Key words:  compressor; DCS controlled system; the process control experts; configuration 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