多种类型自控系统在储气库系统集成中的应用

-.z多种类型自控系统在储气库系统集成中的应用摘要：*国家地下储气库，是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田。地下储气库具有以下优点：储存量大，机动性强，调峰*围广；经济合理，虽然造价高，但是经久耐用，工艺装置比拟复杂，平安系数大，平安性远远高于地面设施。其装置的自动化控制选用多种类型控制系统相结合，发挥不同系统长处，实现储气库自动化平安生产，到达“集中管理，分散控制〞的模式。ThisessayisabouttheinstallationanddebuggingoftheautomationsystemofanationalundergroundNGstorage.ThisnationalundergroundNGstorageisanartificialNGfieldformedbyre-injectingmercialNGfromlongdistancepipelineintoundergroundspace.TheundergroundNGstoragehasmanyadvantagessuchaslargestorage,convenientforuseanddispatch,durableservice,muchmoresafethangroundfacilitiesalthoughit’se*pensiveandplicatedtobuildit.TheautomationsystemisusuallyabinationofdifferentcontrolsystemsinordertomakegooduseoftheadvantagesofeachcontrolsystemandtoassurethesafeoperationoftheundergroundNGstorageinthewayofcentralizedmanagementwithdistributedcontrol.关键词：1．SCADA〔SupervisoryControlandDataAcquisition〕系统；2．DCS〔DistributedControlSystem)，即集散型控制系统，又称分布式控制系统；3．SCS〔SequenceControlSystem〕顺序控制系统；4．ESD〔EmergencyShutdownDevice〕紧急停车系统；5．RTU(RemoteTerminalUnit)，中文全称为远程终端控制系统。工程背景*国家储气库下辖27座天然气井场、3座集配站、1座集中处理站、1座分输站和1座外输泵站。集中处理站做为储气库注采工艺的核心站场，负责整座储气库的管理、调度和监控；天然气井场、集配站采用无人值守、定期巡检的管理模式；分输站和外输泵站做为对外单位，负责天然气外输计量和管理工作。储气库建立在在半戈壁的沙漠中，沙漠地表多为垄状和蜂窝状的固定半固定沙丘，植被稀疏，多为梭梭、柽柳〔红柳〕等小灌木及旱生和超旱生草本植物。各站点相互之间距离有几公里甚至十多公里，为减少生产本钱，减少人类对环境影响，除集中处理站配置生产工人外，其它各站点都为无人值守站，各站系统都是通过冗余光纤进展相互交换数据。本工程采用自控行业先进的SCADA系统、DCS系统、ESD系统、SCS系统和井口RTU等多种系统相整合，系统间相互交换工艺数据、生产信息，对整个储气库生产过程进展集中监测、控制和调度管理。安控科技股份**做为该工程的系统集成商，有多年在油气田大中型系统工程经历，根据储气库的地理分布，工艺流程站点多、工艺复杂、系统平安度要求高等特点，工程人员克制现场条件艰辛，工作量大的情况，将各系统整合到一起，实现了远距离，集中监视整个装置不同地点的生产工艺设备运行状态，基于“集中管理，分散控制〞的模式，实现了“现场无人值守，中心站少人值班〞的生产目标。选型原则各站场选择先进成熟技术，稳定可靠的系统，能减轻监控人员工作负荷，缩减人员开支原则；处理站系统能集中监视整个气田生产状况，各站场系统相互通讯，互通生产信息；集配站日常为远程监视，现场少人操作，实现无人值守；ESD系统为故障平安型系统，平安等级应到达SIL3级；井口RTU要具有抗低温、平安可靠，支持电源、CPU冗余，I/O模块热插拔，多种通讯接口等特点。SCADA系统为平安可靠的把各不同厂家的系统溶合到一起，在处理站建立了SCADA调控中心系统，此系统与处理站DCS、ESD处于一个中控室，该系统主要负责3座集配站、27个天然气井场、分输站和外输泵站数据采集和监控。SCADA调度中心系统由以下设备组成：2台实时数据效劳器；1台历史数据效劳器；1台WEB数据效劳器；1台磁盘阵列；1台防火墙；2台三层交换机；1台工程师站；2台操作站。SCADA系统构造图2台热备冗余配置的实时数据效劳器是SCADA系统的核心，运行GE公司IFI*上位软件，通讯介质采用冗余光纤，与各站利用MODBUSTCP、OPC等通讯协议进展通讯。SCADA数据效劳器负责处理、存储、管理从集配站、井场RTU、分输站、外输泵站采集的实时数据，实时数据存放在实时数据库中，并为网络中的其它效劳器和工作站提供数据。调控中心设置1台历史数据效劳器，SCADA历史数据效劳器完成重要工艺设备的历史数据存储、管理，并为上级管理效劳器和工作站提供数据。调控中心安装标准效劳器机柜2套〔2100*1000*800，高*宽*深〕，机柜内安装效劳器、交换机等设备，同时安装KVM1台，对效劳器进展统一管理，设备都采用采用机架式安装方式。操作员工作站和工程师工作站采用Windows*P操作系统。操作员工作站是调度和操作人员与调度控制中心计算机监控系统的人机接口〔MMI〕，它在调度控制中心计算机监控系统中是作为客户机。操作员通过它可详细了解各站场运行状况并下达各控制指令。集中处理站DCS系统集中处理站是气田生产的关键装置，主要包括日常处理脱烃脱水主装置，天然气压缩机组，以及火炬放空、供水站等辅助生产系统。处理站选用了横河CENTUM-CS3000大规模集散控制系统DCS。系统配备了一台双重冗余的现场控制器，具有4个CPU冗余容错，电源卡双重化，两侧电源卡分别接入市电和UPS电源，并同时工作，一路电源坏掉不会影响系统控制。所有输入输出卡件均配有专用端子板。数字量卡件配有专用继电器端子板，方便现场接线。系统配有双重化的实时数据网Vnet/IP和Ethernet网。其它系统可通过Ethernet网与工程师站采用OPC方式进展通讯，实现装置实时数据以OPC方式联入工厂现有的实时数据网。处理站DCS系统由控制站、操作员站〔含工程师站〕组成。操作站采用星形拓扑构造，任何一个站出现问题不会影响到其他操作站的运行。DCS系统数据通过以太网〔MODBUSTCP协议〕与SCADA系统实时效劳器进展通讯。集中处理站ESD系统集中处理站ESD系统是横河公司的ProSafe-RS工业平安系统。该系统独立于DCS集散控制系统，其平安级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进展平安保护，防止危险扩散造成巨大损失。ESD系统由控制站、操作员站〔含工程师站〕和辅助操作台组成。辅助操作台设置紧急停车按钮、复位按钮、钥匙开关、信号报警器等，与ESD控制站硬线连接，用于发生紧急事故时，可人工触发ESD停车。系统特点：控制器冗余；I/O冗余；通讯冗余；电源冗余；SIL3故障平安型。ProSafe-RS数据网络由实时控制网络Vnet和Vnet/IP组成。Vnet或Vnet/IP用于连接控制器和工程师站，工程师站用于系统组态、系统维护和SOE记录的查看。ESD系统安装ProSafe编程软件和CS3000画面监控软件，可以与DCS系统完全集合，数据共享，ESD操作站监控显示ESD工艺流程画面，并可进展相应操作，DCS操作站仅可监视ESD系统画面，但不能操作。ProSafe-RS系统构造图集配站、外输站线系统集配站、外输站线SCS采用ROCKWELL公司的ControlLogi*5000系列PLC。为增强平安管理，每座集配站还建立独立的ESD系统，也采用ControlLogi*5000系列PLC。紧急停车〔ESD〕系统，实现集配站的事故停车和保护。该系统即与处理站ESD结合成全气田的ESD系统，也自行监控本站的关键生产设备。两套系统的主控制器、电源模块、通讯模块及系统总线均均采用1:1冗余热备配置，所有I/O模块均支持热插拔功能。系统配置有工业以太网〔Ethernet/IP〕和TCP/IPMODBUS协议转换模块，通过此类模块，实现ABPLC系统与天然气井场控制器通讯，实现本集配站管辖*围内的井口数据采集和控制，并可实现异常情况下远程关井功能。集配站人机接口采用高性能PPC-105T平板电脑，带10”TFTLCD显示屏，组态软件选用三维力控组态软件，冗余冗余ControlNetTCP/IPEtherNet〔冗余/环网均可选〕数据通信冗余电源、冗余控制器、冗余通信链路现场I/O去控制室SCADA系统井口RTUTCP/IPTCP/IP、、、集配站系统构造图井场RTU系统在每座天然气井场设置1套RTU，实现井场温度和压力的监视，在紧急状态下关闭井场紧急迫断阀。所有参数通过冗余光纤上传至集中处理站SCADA系统、DCS系统、ESD系统、集配站SCS系统，实现多点时实监视井场生产状况。井场安装的为安控科技股份**近年开展的实用性、兼容性好，可靠性、平安性高的SuperE50系列RTU。该RTU产品在高寒、高温地区有近十年的使用经历，并在石油天然气行业有多个以上的实际使用业绩，具有较强快速的技术支持能力。具有先进可靠的硬件，又有各种成熟、有效的高级应用软件包，满足气田生产、控制、管理的需要。SuperE50RTU特点如下：构造先进，易于扩展，可多站协调工作，组建复杂系统；模块化设计工业标准设计，DIN导轨安装构造，方便现场安装；经济可靠、功能强大的通信接口，支持ModbusRTU／ASCII／TCP、DNP3〔可选〕等通信协议，具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口；高效的工程开发工具，符合IEC61131-3标准，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五种程序语言；友好的人机界面；功能强大的硬件系统，采用32位ARM处理器，嵌入式实时多任务操作系统(RTOS)；先进的冗余/容错方式；经济高效的RTU系统；工作温度-40～+70℃通过CE认证，到达EMC电磁兼容3级标准；QS9000质量管理体系。在该工程中，井场建立在半沙漠的戈壁中，现场无操作工人，为实现时实监视井场生产参数信息，结合井场自动化要求，该井场RTU设计为如下特点：配置冗余处理器CPU；系统电源冗余；插拔式I/O模块，可带电热插拔；配10＂TFT带触摸液晶显示器；ENET光纤网络冗余，与集配站、SCADA系统交换数据；远程下载程序，无需到现场，在中控室可实现程序编制在线下载；可实现无人值守。井场SuperE50RTU系统实现功能：1〕实时检测和控制功能具备常规连续过程控制、逻辑控制和批量控制功能；PID参数自整定功能；具有计算功能；具有就地和远程关闭井口紧急迫断阀功能。2〕操作功能由10＂TFT带触摸键盘的液晶显示器，为井场操作员提供监视、控制、维护和处理事故的“人-机〞界面。操作人员，可以调出或显示系统中的任何一个信息、画面；为了确保操作、维护的可靠性、平安性，对不同级别的操作员、维护人员通过“密码输入〞或“键锁〞的方式，对其所能进展的操作权限加以限制；画面的更换时间应不大于1秒，画面更换方式为翻页、单触、联动等。3〕、显示功能操作人员画面：操作人员画面界面为中文；画面种类含：菜单画面、组画面、报警画面；进入画面方式：操作人员画面可以从主菜单开场逐级进入。4〕、报警功能过程量的报警类型包括：设定点超限报警和开/停报警；过程变量的报警值由系统工程师设定，组态时指定报警发生后过程量的颜色。5〕、数据传输功能通过光纤通信将RTU数据上传集气站SCADA系统和所管辖集配站。6〕、初始化功能可通过笔记本电脑或现场操作屏方便地进展系统初始化运行操作。7〕、参数组态功能通过RS-232接口或现场液晶屏实现本地读取、设定工作参数，也可