SCADA控制系統(tǒng)在原油直接式加熱爐控制中的應(yīng)用

李建軍

(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司,江蘇徐州221008)

SCADA控制系統(tǒng)在原油直接式加熱爐控制中的應(yīng)用

李建軍

(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司,江蘇徐州221008)

著重介紹SCADA系統(tǒng)在加熱爐區(qū)控制中解決的問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)的功能,實(shí)現(xiàn)多臺(tái)加熱爐的自動(dòng)控制,提高了泵站的生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性和可靠性,確保輸油泵站安全平穩(wěn)的輸油生產(chǎn)。

SCADA系統(tǒng);氧量控制;干擾;輸油生產(chǎn)

Abstract:The solved problems and realized functions by application of SCADA system to heating furnaces is introduced,i.e.,the successful auto-control of several heating furnaces,enhanced security and reliability in operation and management,which ensure the safety and efficiency in production of petroleum transportation to pumping stations.

Key words:SCADA system;control of oxygen quantity;production of petroleum transportation;disturbance

魯寧輸油管線是中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司所轄的輸油管網(wǎng)最為重要的輸油管道,也是保證勝利油田和沿江煉化企業(yè)平穩(wěn)生產(chǎn)的一條生命線。臨邑站作為魯寧線的輸油首站,承擔(dān)重要的熱力負(fù)荷,加熱爐區(qū)共有6臺(tái)加熱爐,采用 SCADA系統(tǒng)完成爐區(qū)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制,達(dá)到安全、平穩(wěn)、高效輸油的生產(chǎn)目標(biāo)。

1 硬件結(jié)構(gòu)

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制為一體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)[1]。通過(guò)下位機(jī)(PLC)系統(tǒng)完成分布式的數(shù)據(jù)采集和控制功能,再通過(guò)上位機(jī) HMI(Human Machine Interface人機(jī)界面)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)處理和顯示功能,通過(guò)下位機(jī)和上位機(jī)的有機(jī)結(jié)合,以達(dá)到控制加熱爐操作的目的。臨邑站爐區(qū)SCADA系統(tǒng)由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、外圍檢測(cè)儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成,下位機(jī)安裝在加熱爐現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi),通訊用交換機(jī)和上位機(jī)安裝在加熱爐監(jiān)控中心,系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1。

2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件2大部分組成。

下位機(jī)軟件由通訊軟件RSlinx、下位編程軟件RSLogix500和下位應(yīng)用軟件構(gòu)成。根據(jù)加熱爐運(yùn)行的工藝需要,采用模塊化編程思想,編制了加熱爐梯形圖程序,即主程序和參數(shù)采集、啟停爐、吹灰、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等子程序,程序掃描周期＜0.9 ms/k。

上位機(jī)軟件包括 WIN2000、CITECT5.42工控組態(tài)軟件和上位應(yīng)用軟件3部分。本系統(tǒng)上位應(yīng)用軟件選用澳大利亞 CiT公司的 CitectVer 5.42 SCADA(500點(diǎn))組態(tài)軟件進(jìn)行二次開發(fā)而成,通過(guò)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與顯示、過(guò)程控制、報(bào)警管理、報(bào)表打印、曲線分析存儲(chǔ)等多項(xiàng)任務(wù)。筆者利用Citect開發(fā)參數(shù)表、啟停爐、溫度曲線、壓力曲線、日?qǐng)?bào)表、報(bào)警總覽、操作記錄、爐區(qū)流程等畫面功能。

圖1 加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3 技術(shù)問(wèn)題

3.1 氧量控制

加熱爐燃燒排煙中含氧量是隨著加熱爐負(fù)荷的變化而變化,但是由于爐本體的漏風(fēng)及空氣、燃料油檢測(cè)的誤差而偏離了理想的比例,因此需要加以修正。在實(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)技術(shù)工人手工調(diào)節(jié),可以在某一時(shí)刻使加熱爐燃燒達(dá)到最佳狀態(tài),但是要想長(zhǎng)期連續(xù)地保持加熱爐高效率就很困難了。為了保證加熱爐連續(xù)穩(wěn)定燃燒,采用氧化鋯氧量計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)煙氣中的含氧量。根據(jù)測(cè)量的含氧量,在氧量控制回路中對(duì)燃燒中的風(fēng)油比進(jìn)行修正,實(shí)現(xiàn)加熱爐在低空氣過(guò)剩系數(shù)下燃燒,達(dá)到優(yōu)化燃燒和加熱爐高效運(yùn)行的目的。

3.2 控制系統(tǒng)抗干擾問(wèn)題

電源線和傳輸線會(huì)影響PLC和現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作。因此,采取以下措施解決系統(tǒng)干擾問(wèn)題[2]。

a) 供給PLC及各種儀表的交流電源加數(shù)字參數(shù)電源,穩(wěn)定電源電壓,抑制共模干擾。

b) 輸入輸出信號(hào)電纜采用屏蔽電纜(注意:屏蔽電纜的屏蔽線一端接地),并要和電力電纜分開敷設(shè)。

c) PLC及儀表要有獨(dú)立的接地線,儀表用電纜全部采用屏蔽線,并且屏蔽層單端接地;接地電阻＜4Ω。

d) PLC可編程控制器I/0輸入輸出模板設(shè)置光電隔離,有效防止外部干擾信號(hào)串入系統(tǒng)。

e) 上位機(jī)和弱電部分供電采用在線式500 VA UPS,既凈化了供電電源,又可保證上位機(jī)不會(huì)因?yàn)橥蝗坏綦姸鴣G失數(shù)據(jù)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

在實(shí)際搭配時(shí),經(jīng)常有用戶根據(jù)自己工藝需要或控制室面積所限,提出用1臺(tái)上位機(jī)控制多臺(tái)下位機(jī)或者1臺(tái)下位機(jī)連接多臺(tái)上位機(jī)的要求。這實(shí)際上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。目前的許多組態(tài)軟件都可以在基于以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上運(yùn)行,使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機(jī)以及與SCADA系統(tǒng)連網(wǎng)。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了在不同硬件體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通訊的能力。1臺(tái)PC機(jī)通過(guò) TCP/IP協(xié)議可以和多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

另一問(wèn)題是把PLC放置到現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi),解決周圍環(huán)境對(duì)PLC的影響,采取措施避開多塵、油煙、腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源和潮濕的地方。解決上下位機(jī)遠(yuǎn)程通訊問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)PLC在現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)能正常工作。

3.4 吹灰系統(tǒng) 除塵系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)融為一體

由以前獨(dú)立的吹灰器、吹灰器控制器與儲(chǔ)氣罐、空壓機(jī)、除塵系統(tǒng)等組成一個(gè)吹灰除塵一體化系統(tǒng),通過(guò)PLC的開關(guān)量輸出、中間繼電器(24 V)來(lái)控制6個(gè)吹灰控制器,實(shí)現(xiàn)加熱爐系統(tǒng)吹灰除塵一體化系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)改為室內(nèi)控制,達(dá)到吹灰除塵一體化系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)融為一體的目的。

4 實(shí)現(xiàn)功能

4.1 加熱爐原油出爐溫度的控制

加熱爐運(yùn)行中出爐溫度過(guò)高,浪費(fèi)了可觀的燃料油,出爐溫度過(guò)低,管道中的原油有可能凝結(jié),影響輸油生產(chǎn)。為保證加熱爐出口溫度的穩(wěn)定,本SCADA系統(tǒng)采用原油出口溫度單回路PID控制調(diào)節(jié),保證系統(tǒng)能承受擾動(dòng)的影響,在調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi)使原油出口溫度指示值按規(guī)定程序變化,始終穩(wěn)定在設(shè)定值附近(±2℃),通過(guò)修改 PID函數(shù)中的P(比例)、Ti(積分)、Td(微分)及其他相關(guān)參數(shù) ,控制加熱爐燃油量和助燃風(fēng)量的消耗,使加熱爐保持最優(yōu)空燃比,既保證了加熱爐的低氧高效燃燒,也實(shí)現(xiàn)了加熱爐原油出爐溫度控制。

4.2 顯示功能

應(yīng)用SCADA系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了加熱爐的原油進(jìn)出爐溫度、原油進(jìn)出爐壓力、爐膛溫度、排煙溫度、燃油罐液位、燃油罐溫度、燃油溫度、燃油壓力、燃油來(lái)油流量、燃油回油流量、電動(dòng)閥開度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)等爐區(qū)工藝參數(shù)的顯示、低限報(bào)警、歷史曲線的顯示和參數(shù)量程時(shí)間的設(shè)置及查詢,有效地幫助用戶分析參數(shù)的趨勢(shì)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)加熱爐爐區(qū)的工藝流程、模擬實(shí)際的閥門、管線等工藝參數(shù)值實(shí)時(shí)地顯示在相應(yīng)的工藝位置附近的動(dòng)態(tài)效果,使用戶可以俯瞰加熱爐區(qū)的全貌。

4.3 加熱爐的現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程控制[3-5]

應(yīng)用SCADA系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了加熱爐的現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程啟爐、停爐、吹灰、出爐溫度調(diào)節(jié)、煙道擋板開度、加熱爐進(jìn)出口電動(dòng)閥的開度控制。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí),只需將加熱爐現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)閥或爐前儀表柜內(nèi)的相應(yīng)開關(guān)、手操器撥到手動(dòng)位置即可;當(dāng)在遠(yuǎn)程操作時(shí),需先將加熱爐現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)閥或爐前儀表柜內(nèi)的相應(yīng)開關(guān)、手操器撥到遠(yuǎn)程位置,然后在控制中心用計(jì)算機(jī)上相應(yīng)的控制界面操作即可,現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程的操作均可做到無(wú)擾動(dòng)切換。

4.4 事故追憶

通過(guò)SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)記錄和查詢的準(zhǔn)確和高效的判斷。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)在硬盤上的報(bào)警記錄、操作記錄和歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線的查詢,可以在發(fā)生事故時(shí)能快速地找到事故的原因,并找到恢復(fù)生產(chǎn)的最佳方法。

4.5 系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)功能

應(yīng)用SCADA系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)爐膛滅火自動(dòng)順序停爐、原油出爐溫度超高報(bào)警停爐、排煙溫度超高報(bào)警停爐、爐膛溫度超高報(bào)警停爐、風(fēng)機(jī)故障停機(jī)自動(dòng)停爐等5項(xiàng)安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。

4.6 網(wǎng)絡(luò)功能

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了上位主機(jī)、上位熱備機(jī)、6臺(tái)加熱爐PLC數(shù)據(jù)通信、資源共享、系統(tǒng)的升級(jí)、擴(kuò)容以及與更上一級(jí)站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊,實(shí)現(xiàn)集中控制和操作。

5 結(jié)論

1) SCADA控制系統(tǒng)在魯寧線、儀長(zhǎng)線和天津一體化等加熱爐區(qū)已運(yùn)行了幾年,狀況良好,性能可靠,加熱爐效率達(dá)90%左右。

2) 各種保護(hù)系統(tǒng)靈活準(zhǔn)確,安全系數(shù)高,改善了職工工作條件,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,提高了泵站生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性和可靠性,保證了各輸油泵站安全平穩(wěn)的輸油生產(chǎn)。

3) SCADA系統(tǒng)達(dá)到了技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定、升級(jí)和操作快捷方便及無(wú)人值守的功能;優(yōu)化了空燃比,保證燃燒器燃燒充分,節(jié)約了燃料油,降低了加熱爐的運(yùn)行成本,有利于環(huán)境保護(hù),節(jié)約了環(huán)保費(fèi)用的支出,可帶來(lái)可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 吳九輔,吳 盡,李化龍.現(xiàn)場(chǎng)總線在油田注水監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(7):27-29.

[2] 王立萍,吳黎明.單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006,35(5):35-38.

[3] 王德玉,李才良,徐建平,等.計(jì)算機(jī)控制在井控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2007,36(1):52-55.

[4] 劉智勇,丁 亮,馬玉華,等.天然氣整體撬裝加熱爐的研發(fā)與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(6):99-101.

[5] 鐘 文,朱世飛,曹崇輝.油套管生產(chǎn)線測(cè)控與管理系統(tǒng)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(2):43-45.

Application of SCADA System in Controlling In Direct Crude Oil Heating Furnaces

LI Jian-jun
(SINOPEC Pipeline Storage&Transportation Corporation,Xuzhou221008,China)

TE936

B

1001-3482(2010)08-0091-03

2010-01-15

李建軍(1961-),男,甘肅敦煌人,工程師,1988年畢業(yè)于石油管道學(xué)院,主要從事石油儲(chǔ)備油庫(kù)的管理工作。