PAC8000系統在西南天然氣管道中的應用

陳孝亮 桂衛華

摘 要：文章介紹了GE的PAC8000控制系統在石化行業中應用的特點：在西南油氣田川渝地區天然氣管網北外環輸氣管道二期工程中實現了站場控制和天然氣流量計量，實現了在同一平臺上完成站控、流量計量、上位機監控。

關鍵詞：油氣；流量計量；PAC8000；IFIX；GE

中國石油西南油氣田川渝地區天然氣管網調整改造工程北外環集輸氣管道工程（簡稱北外環二期工程）主要包括南部-德陽段輸氣干線，總長度大約230Km，該工程共有站場3座：南部站、三臺站、連山站；閥室9座：大河壩閥室、雙合閥室、大興閥室、香山閥室、新德閥室、樂安閥室、回龍閥室、合興閥室、盤龍閥室，其中大興閥室、合興閥室為遠控截斷閥室。北外環二期工程可接收就近氣礦來氣，同時為當地市政、工廠生產供氣。輸氣站站控系統由站控計算機以及PLC控制站組成，實現對站場設備運行狀況進行監控和流量計算等功能，同時可以實現過程顯示、參數的設定和報表。

北外環二期工程的控制系統均選用GE公司的PAC8000系統及IFIX上位機，由于各個站場的工藝要求及生產任務大致相同，控制系統也具有可復制性，所以此文重點選取“連山輸氣站”進行闡述。

1 站場控制系統介紹

連山輸氣站根據工藝及生產要求，共設置三個控制系統：SCS（站控系統）、SIS（安全儀表系統）、計量系統。整個連山輸氣站采用了GE的PAC8000系統，所有的控制采用同一個網絡，便于通訊。系統結構如圖所示。

在此輸氣站，PLC主要負責輸氣站的參數采集、流量計算和設備控制，所有的控制器、電源、網絡均為冗余配置。現場過來信號均會通過浪涌保護器接入IO模塊，控制器再將所采集到的信號通過以太網傳給站控上位機。控制器可提供冗余的串口通訊、以太網通訊。流量計量系統按照GB2008標準可實現1-8路天然氣管路流量計量，同時可通過以太網接口將計量結果上傳至上位機進行顯示、記錄和報表功能。

PAC8000系統的所有硬件均可以達到防爆2區直接安裝，工作溫度為寬溫（-40～70攝氏度），G3防腐認證。另外，PAC8000的流量計量系統可以嚴格按照GB/T21446-2008標準要求，根據設備參數、液體參數等計量數據，實現流量計量功能，同時可提供儀表檢定、孔板清洗、數據操作記錄等功能，流量計量精度可達到萬分之一。

1.1 站控系統（SCS）

根據工藝裝置生產的特點及控制要求，站控系統（SCS）控制器選擇了冗余的PAC8000 邏輯控制器，該控制器可實現常規控制、邏輯順序控制。控制器及電源、網絡均為冗余配置。I/O 模塊支持熱插拔，雙路電源供電。配置2臺上位監控站，1臺工程師站兼操作員站，1臺操作員站。

在站控系統中，冗余控制器互為備用，同時接收信號數據，同步執行控制計算。當一個控制器因電源、網絡、硬件等原因監測到故障時，控制器自動切換，另一個無故障的控制器可以馬上進行控制，實現無擾動切換。

站控SCS系統，主要進行站場日常的生產控制，對現場的工藝變量進行數據采集和處理，流量計算，與上位機通訊顯示工藝流程及參數等，除了SCS系統內部聯鎖，同時還有與其他系統的一些聯鎖控制，如SIS系統等。

1.2 安全儀表系統（SIS）

SIS系統要求是二重化的冗余/容錯結構，為保證在軟硬件故障時系統不受影響，電源、控制器、數據總線、通訊卡等按1：1冗余配置，（如果CPU、電源、通訊總線等故障時，能無擾動地切換到冗余的CPU、電源、通訊總線上運行，冗余CPU、電源、通訊總線能無擾動切換），因此采用具備TUV SIL2本質安全認證的SafetyNet系列控制器。SIS系統與SCS系統共用2臺上位監控站。

SIS系統，主要是對站場的關鍵閥門及點位進行聯鎖控制，實現站場的安全聯鎖，使站場處于故障安全運行模式。作為安全儀表系統，SIS系統本身為靜態，通常情況下只由程序進行邏輯判斷來控制設備動作。

SIS系統的聯鎖分為兩部分，一部分是SIS系統自身的點位聯鎖，比如：儲氣罐內壓力的高低與進出液閥門的聯鎖，儲氣罐內液位的高低與進出夜閥門的聯鎖，同時還有與LNG罐及補氣裝置的一級、二級調壓等聯鎖；另一部分是SIS系統外部聯鎖，比如：中控室報警聯鎖、SCS系統部分點聯鎖、ESD聯動信號聯鎖等。

工藝流程圖及聯鎖邏輯程序參見下圖：

1.3 流量計量系統

流量計量系統PC8屬于PAC8000系統中的一個特殊模塊，可同時實現1-8路的天然氣流量計量功能。流量計量系統PC8包含硬件及流量計量軟件兩大部分，PC8的硬件是采用GE公司的工業計算機，主頻為1.5Ghz，500G固態硬盤，包含有2個以太網接口，4個串口，采用24VDC供電，其最大的特點是可持續工作，工作時間為78000小時。PC8的軟件為單獨研發的流量計量軟件，同時PC8的所有參數和計算結果均可以通過以太網上傳至上位機HMI軟件顯示，通過上位機修改天然氣計量及組分參數。

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2 系統畫面和報表

系統人機界面采用Proficy iFix軟件，IFIX軟件是GE智能平臺自動化軟件Proficy產品家族中的一個基于Windows的HMI/SCADA組件。GE proficy IFix是全球裝機量最大的SCADA HMI軟件，擁有最為豐富的驅動（2200多種），同時也是目前流行OPC通訊的創始人之一， 軟件的層次化以及開放型，對于復雜的數字化油田建設至關重要。

連山輸氣站站控計算機（HMI）通過以太網（Modbus TCP/IP）采集SCS、流量計算模塊、SIS安全系統的數據，可以實現對站控系統各設備的控制以及計量參數的設置，另外提供報警、各類報表、操作數據記錄、歷史趨勢等功能。

在本項目中，天然氣流量計算及管理、數據存儲及報表分析、報警及事件、參數修改及操作記錄黑匣子等功能超出了常規HMI功能實現的范圍，但由于iFix具備強大的VBA和與關系型數據庫的實時交互能力，簡潔并完美地實現了上述功能，既提高了系統集成商的開發效率，同時也給用戶提供了更好的操作體驗。

3 項目總結

北外環二期工程連山輸氣站、南部末站、三臺輸氣站等全部采用GE公司產品：PAC8000控制系統及iFIX 上位機軟件，實現了站場控制和天然氣流量計量，PAC8000系統的穩定、可靠，極大的方便了系統集成商的組態調試，也方便了用戶的操作維護；IFIX豐富的圖庫、強大的VBA及數據庫交互能力功能充分滿足了用戶在報表及操作管理方面的特殊需求。

整個站場控制系統具備優良的軟硬件兼容性、良好的系統擴展性、大數據量的穩定性、操作界面美觀并人性化等特點。系統投運以來，以其穩定的運行狀態為該化工裝置提供可靠的安全保障，實現了集監、管、控于一體的現代化生產管理模式，大大提高了生產效率。