Foxboro的I/A S在油氣處理裝置中的應用

韓冬 韓瑤 馬倬

摘要：介紹了冀東油田油氣油氣處理廠新建25萬方天然氣處理裝置和150萬噸原油穩定裝置的基本流程以及DCS在油氣處理裝置中的應用，著重介紹了新廠采用的Foxboro公司生產的I/A S CP270FT DCS監控系統軟件的軟、硬件配置及部分組態應用特點。

關鍵詞：DCS；I/A組態應用； 分子篩時序控制；

中圖分類號: TP29文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

1、引言

DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM 中文全稱為集散型控制系統。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術產品。實際上，現在的DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現了混合控制。適應了用戶的真正控制需求。

我們采用的是上海Foxboro公司生產的I/A S 8.0 DCS控制系統及相應的硬件。

2、系統配置

2.1、硬件

整個系統由1個工程師站（AW7001），2個操作員站（WP7002和WP7003），一對容錯的控制器（CP270FT），2臺Switch（SW001A/B）及各類模塊組成，網絡連接方式為光纖連接。

I/A Series系統處理機組件通過節點總線(Nodbus)相互聯接,形成過程管理和控制節點。提供高速、冗余、點到點的通訊, 從而具有優異的性能和安全性。

2.2軟件

工程師站和操作員站采用WindowsXP SP3操作平臺，安裝有Foxboro的I/A 8.5、FoxDraw、系統組態軟件 (System Configurator)、歷史趨勢軟件 (Historian Software，500)、報表管理軟件 (Report Packager)、系統監視軟件 (System Monitor)、設備監視軟件 (Device Monitor)等。

3、組態應用特點

Foxboro公司的I/A系列控制器，具有對連續控制、順序控制和梯形邏輯控制組態的功能，各種控制和運算模塊非常豐富，主要包括以下幾種控制功能。

3.1 I/ADCS系統支持在線編程維護功能；

系統運行中如當現場某工藝發生變化時，系統對這一塊控制程序需要更改，而又要求不影響系統整體正常運行。工程師只需要對相關的工藝點進行編程，然后確認。系統會在無擾動情況下執行新程序。在本項目的部分體現如下：

原穩系統運行后，根據現場工藝決定增加了兩個需要PID調節的控制閥。在現場安裝完成后，I/A的CIO組態中加入了兩個PID功能塊，然后確定，設定參數，這兩個閥門即開始運行。沒有對天然氣處理系統及原穩其它系統造成任何影響，改造用時不足半小時。

3.2 I/ADCS系統支持硬件熱插拔和模塊在線添加的功能；

在系統擴容時，經常需要添加模塊，或在系統維護時需要對模塊進行帶電插拔。DCS系統的熱備功能是DCS系統區別PLC的又一個特征。因為DCS系統是針對大系統和復雜工藝設計的，所以特別關注與安全及維護的重要性。在本系統體現如下：

在調試系統過程中，有兩塊模塊因現場原因發生故障，所以緊急采購了兩塊同類型的模塊，但新采購的模塊到貨時系統已經運行正常，在更換模塊時系統沒有任何震蕩，證明系統的穩定性。

3.3 I/ADCS系統具有智能自檢測的能力；

DCS系統是一體化的系統，它對系統的各個部分都進行有效的檢測，維護人員可以通過系統的報警提示，準確判斷系統的故障。保證系統故障快速判斷與解決，有效保證系統正常運行。

HMI和下位機系統一體化，這樣保證了系統上下位機開發和維護時一體化，開發過程中遵循所見即所得功能，保證維護時間縮短，同時軟件支持工程師功能，維護工程師更加方便安全的觀察系統及程序的運行情況。

3.4 I/ADCS系統的時序控制和程控控制；

分子篩和干燥器是天然氣處理中必不可少的一個關鍵工藝，在實施控制組態時，利用了TIM定時器和CALC計算塊等模塊完成了控制要求。同時又加入了一些工藝條件判斷，既要有程序自動運行方式，又要有故障報警和切換至手動步進控制方式。

3.5 I/ADCS系統的聯鎖邏輯控制；

常規的DCS只將一些常規的一表測量回路、控制回路做在里邊，而將復雜的聯鎖邏輯控制單獨成為一個系統，用PLC和ESD來實現其功能，其目的是為了獲得較高的可靠性和較小的DCS負荷。但是這樣就使得系統結構復雜化、投資較大、維護不便；我們的做法是依靠I/A S系統先進的性能，在DCS內部完全實現其全部功能，其優點是不言自明的。

3.6 I/ADCS系統的CP啟動時PID控制閥位保持

實際生產過程中，由于某些原因造成CP的停止，不論是正常停止還是非正常停止，當CP重新啟動時由于PID模塊初始化，PID的輸出值即調節閥的位置會被置成Checkpoint時的值，在線控制時，可能會對生產帶來波動。

通過以下操作可以使PID控制閥位保持不變。

PID模塊參數設置

INITMA：1 ； 由于初始模塊的動作須在自動狀態下進行。

SPTROP：1 ； 手動設定值跟蹤。

其余，按常規。

對于有些PID模塊要求在CP啟動時置為手動，可以增設下列控制組態。 以一個CP為例，在CIO的最前面建立名為INIT的Compound，在Compound中，建立三個Block，依此名稱和類型為PID、AOUT和CALC。

以上三個BLOCK 的建立，是為了在CP激活后的第2秒后產生一個寬度為1秒的脈沖。用于將PID置為手動。（也可以用其他方法。） 此時，需設置手動的PID的MANSW應設置為，INIT:CALC.BO01.而CALC Block中RI02和RI03的設置，為在線調試方便。

4、結束語

Foxboro公司的I/A S CP270FT DCS較為先進的容錯技術；靈活多變簡單易行的組態方法和過硬的硬件配置，使得它在DCS領域占有了應有的位置，為重要的工程提供了可靠的控制保證。它是冀東油田在自動化控制領域里的第一次使用的DCS控制系統。它的使用成功，為我油田下一步大規模的勘探開發建設作了一個很好的探索，為油田的自動化建設提供了很好的范例。

參考文獻：

周雙印。DCS集散型控制系統及工業控制技術的最新發展[J]。導彈與航天運載技術，2003（3）：57-62

陳錦，楊佚。集散控制系統的發展趨勢及展望[J]。化工生產與技術，2007，14（2）：44-47

邱華云。DCS動態流程圖畫面的設計與組態。石油化工自動化，2004，（1）：48-50

湯媛。PLC、DCS與現場總線控制系統的關系。石油化工建設，2005，27（4）：58-60，63