基于国产DCS系统在原油处理站自动化控制中的应用研究

王忠武

华自科技股份有限公司   湖南长沙 410006

摘要：

作为原油化工生产管理工作的重要组成部分,原油处理站的自动化控制工作不仅关系着原油生产和管理效率,而且对于原油产业的整体发展也具有重要影响。基于此,本文以国产ECS700 DCS系统作为主要研究对象,通过对DCS系统结构与联合站站控系统参数进行分析,进而对该系统架构及其在原油处理站自动化控制中的应用展开了深入研究。

关键词：国产DCS系统;原油处理站;自动化控制;

近年来国内DCS系统,即分布式控制系统的不断发展为原油处理站自动化控制的实现提供了可能。在此背景下,如何在掌握DCS系统结构和DCS站控系统整体架构的基础上,加强对国产DCS系统在原油处理站中的应用已成为当前原油化工企业需要着重开展的关键工作。

1 DCS系统总体结构

整个站控系统由现场层 (远程I/O, 包括硬接点和通讯点) , 控制层 (DCS工控机柜内的控制器及相关模块, 交换机等) 和管理层 (工业计算机) 组成的三级控制系统来实现整个联合站的远程监控, 现场层实现现场数据的采集和上传, 控制层完成信号的逻辑处理和控制任务, 管理层通过操作站的画面和数据链接和显示, 实现远程监控功能。

2 联合站站控系统的各种参数与监测

联合站要实现自动化控制, 就是让中控操作人员能第一时刻了解到温度、压力、液位、流量的实际参数及调节阀开环及闭环控制 (模拟量信号) , 了解机泵阀门的开关状态和运行状态, 以及远程停泵及报警等 (数字量信号) , 这些参数经过DCS系统控制器的分析和处理后, 做出判断并显示给中央控制室的计算机上。

2系统功能与特点

2.1 系统功能

系统的功能主要包括以下几点。第一, 控制分离器液位, 促使整个控制过程的精确度更高, 同时也无需频繁维护各类设备, 进而将安全事故发生的概率降低至最小。第二, 能够对除油器液位进行精准化的维护与控制, 这样就能使天然气的质量得到有效保障。第三, 通过单回路系统能够集中管理电流与电压, 进而有效提高管理效率, 管理区域主要集中于中控室内部, 这样就能使系统运行的稳定性得到保障。第四, 通过控制系统可保护加热炉, 进而降低加热炉内部安全事故发生的概率, 并且可对加热炉的温度及压力等各项参数进行远程操作, 在处理过程中需要使用通信接口。

2.2 系统特点

DCS系统的特点主要体现在以下几个方面。第一, 系统足够开放, 并且能够根据使用需求随时进行扩展, 这样就可与其他系统连接起来。第二, 可对操作站系统进行升级处理, 在此过程中主要依据的是计算机水平, 进而确保两者处于同步状态。第三, 人机界面功能较为强大, 并且表现出友好特性, 这样就能使组态操作更加便捷。第四, 可对系统进行冗余处理, 主要处理对象是操作站和总线, 这样就能使系统的性能更加完善, 同时还能使系统更加可靠、安全。

3具体应用

结合DCS应用的实际情况来看, 主要包括以下几项应用要点。第一, 在应用过程中均为各管线配置了一次表, 表中包括温度、压力等重要参数, 并且可通过上位机呈现。第二, 缓冲罐中潜藏许多安全隐患, 因此必须通过DCS系统确保液位始终处于恒定状态, 避免出现冒罐或空罐等问题, 同时还需要通过PID对阀门进行控制, 确保阀门的开合能够与液位的变化保持一致, 进而促使液位的控制更加精准。

4站控系统设计

4.1 控制系统的组成架构

系统由控制节点 (包括控制站及过程控制网上与异构系统连接的通信接口等) 、操作节点 (包括工程师站、操作员站、组态服务器、数据服务器等连接在过程信息网和过程控制网上的人机会话接口站点) 及系统网络 (包括I/O总线、过程控制网、过程信息网、企业管理网等) 等构成。

4.2系统的硬件构成

这套系统从硬件看, 为模块化结构设计, 各种单独模块之间可以进行广泛组合和扩展, 系统所有部件都支持冗余, 在任何单一部件故障情况下系统仍能正常工作。整个四号联配置了4个工控机柜:两个为PCS系统 (过程控制) , 负责原油处理过程中各重要参数的监控的;两个为F&G系统 (火气) , 负责监测在工业生产过程中的各种安全隐患, 并第一时刻做出报警和措施。

4.3系统的软件构成

系统在工控计算机上主要安装Visual Field配套软件, 其中包含系统结构组态软件, 用于系统硬件结构框架的搭建, 网络组态的构建;包含组态管理软件, 通过工程师站与组态服务器联机的情况下, 对各控制站进行具体组态 (包括组点, 程序等) ;包含监控软件, 用于启动实时数据库, 并把完整的监控画面及参数呈现在工控计算机上用于中控操作人员监视。整个软件低于500M, 且能任意删除重装, 利于技术人员的维护。

5单点监测与调节阀、变频器的闭环控制

四号联合站是个大型原油处理站, 站内各管线上分布着压力, 温度, 流量等现场一次表, 通过现场表输出的4-20m A标准信号对应工况量程在上位机所显示, 站内生产压力容器 (分离器、缓冲罐等) 需要建立一个恒定的液位, 既不能冒罐也不能空罐, 这就需要通过气动 (站内有空压机制造的仪表风) 调节阀来进行闭环的PID控制, 阀门的开度随着液位的增减而开关, 使液位保持恒定;站内有多台外输泵和循环泵, 通过变频器, 让中控可以实现远程的频率给定, 或者可以和压力连锁, 设定好压力, 闭环控制, 这样电机不会一直工频运转。这些都是依靠DCS系统I/O模块信号的不断的接受和发送完成的。通过自动化的控制, 既节省了人工, 同时还降低了能耗。

现场多套撬装设备, 如加热炉, 压缩机等, 实时数据变化较快, 操作工需要不断往返观察汇报, 既增加了劳动力, 对设备的参数也不能第一时刻了解, 通过撬装设备就地的PLC系统, 数据通过标准的modbus 485协议直接上传至ECS 700的COM741模块, 在中控的工业计算机上直接显示。

6连锁控制方式

因为四号联合站属高含硫化氢站库, 且处理的是原油, 在安全方面涉及到易燃易爆, 所以在生产过程中, 安全生产重于一切, ECS700站控系统F&G柜内置了闪光报警, 当任意区域的硫化氢或可燃气体浓度超标时会闪光并发出报警, 柜上同时有消防连锁按钮, 当需要对某一储罐进行喷淋时, 可以实现此罐周围喷淋阀全开, 及周边储罐喷淋阀半壁开的效果, 依托强大的软件编程功能, 在工业计算机上添加了软连锁, 在电脑上一点便可轻松实现。

结语

总而言之, DCS系统具有构成复杂、功能健全等多项优势, 并且其中融合了各项先进技术, 这对于原油处理站的管理与控制来说能够发挥至关重要的作用, 因此当前需要把握好DCS系统应用的各项要点, 不断提升处理站的运行质量。本文就对此问题进行了深入探究。

参考文献

[1]王英旭, 郭志军.国产DCS分散控制系统应用中存在的问题及解决办法[J].陕西电力, 2013, 2 (24) :55-58.

[2]王静.国产DCS系统在能源管控中心建设中的通讯接口设计[J].电脑知识与技术, 2015, (26) :28-30.

[3]陈佳星.集散控制系统在化工企业中的应用研究[J]. 石化技术,2019(04)：131-132.