PAC8000系統(tǒng)在西南天然氣管道中的應用

陳孝亮 桂衛(wèi)華

摘 要：文章介紹了GE的PAC8000控制系統(tǒng)在石化行業(yè)中應用的特點：在西南油氣田川渝地區(qū)天然氣管網(wǎng)北外環(huán)輸氣管道二期工程中實現(xiàn)了站場控制和天然氣流量計量，實現(xiàn)了在同一平臺上完成站控、流量計量、上位機監(jiān)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(qū)天然氣管網(wǎng)調整改造工程北外環(huán)集輸氣管道工程（簡稱北外環(huán)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(huán)二期工程可接收就近氣礦來氣，同時為當?shù)厥姓⒐S生產(chǎn)供氣。輸氣站站控系統(tǒng)由站控計算機以及PLC控制站組成，實現(xiàn)對站場設備運行狀況進行監(jiān)控和流量計算等功能，同時可以實現(xiàn)過程顯示、參數(shù)的設定和報表。

北外環(huán)二期工程的控制系統(tǒng)均選用GE公司的PAC8000系統(tǒng)及IFIX上位機，由于各個站場的工藝要求及生產(chǎn)任務大致相同，控制系統(tǒng)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(tǒng)介紹

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

在此輸氣站，PLC主要負責輸氣站的參數(shù)采集、流量計算和設備控制，所有的控制器、電源、網(wǎng)絡均為冗余配置。現(xiàn)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(wǎng)傳給站控上位機。控制器可提供冗余的串口通訊、以太網(wǎng)通訊。流量計量系統(tǒng)按照GB2008標準可實現(xiàn)1-8路天然氣管路流量計量，同時可通過以太網(wǎng)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(tǒng)的所有硬件均可以達到防爆2區(qū)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(tǒng)可以嚴格按照GB/T21446-2008標準要求，根據(jù)設備參數(shù)、液體參數(shù)等計量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)流量計量功能，同時可提供儀表檢定、孔板清洗、數(shù)據(jù)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(tǒng)（SCS）

根據(jù)工藝裝置生產(chǎn)的特點及控制要求，站控系統(tǒng)（SCS）控制器選擇了冗余的PAC8000 邏輯控制器，該控制器可實現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯順序控制。控制器及電源、網(wǎng)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(jiān)控站，1臺工程師站兼操作員站，1臺操作員站。

在站控系統(tǒng)中，冗余控制器互為備用，同時接收信號數(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計算。當一個控制器因電源、網(wǎng)絡、硬件等原因監(jiān)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(xiàn)無擾動切換。

站控SCS系統(tǒng)，主要進行站場日常的生產(chǎn)控制，對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理，流量計算，與上位機通訊顯示工藝流程及參數(shù)等，除了SCS系統(tǒng)內部聯(lián)鎖，同時還有與其他系統(tǒng)的一些聯(lián)鎖控制，如SIS系統(tǒng)等。

1.2 安全儀表系統(tǒng)（SIS）

SIS系統(tǒng)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(tǒng)不受影響，電源、控制器、數(shù)據(jù)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(tǒng)與SCS系統(tǒng)共用2臺上位監(jiān)控站。

SIS系統(tǒng)，主要是對站場的關鍵閥門及點位進行聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)站場的安全聯(lián)鎖，使站場處于故障安全運行模式。作為安全儀表系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)本身為靜態(tài)，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(tǒng)的聯(lián)鎖分為兩部分，一部分是SIS系統(tǒng)自身的點位聯(lián)鎖，比如：儲氣罐內壓力的高低與進出液閥門的聯(lián)鎖，儲氣罐內液位的高低與進出夜閥門的聯(lián)鎖，同時還有與LNG罐及補氣裝置的一級、二級調壓等聯(lián)鎖；另一部分是SIS系統(tǒng)外部聯(lián)鎖，比如：中控室報警聯(lián)鎖、SCS系統(tǒng)部分點聯(lián)鎖、ESD聯(lián)動信號聯(lián)鎖等。

工藝流程圖及聯(lián)鎖邏輯程序參見下圖：

1.3 流量計量系統(tǒng)

流量計量系統(tǒng)PC8屬于PAC8000系統(tǒng)中的一個特殊模塊，可同時實現(xiàn)1-8路的天然氣流量計量功能。流量計量系統(tǒng)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(yè)計算機，主頻為1.5Ghz，500G固態(tài)硬盤，包含有2個以太網(wǎng)接口，4個串口，采用24VDC供電，其最大的特點是可持續(xù)工作，工作時間為78000小時。PC8的軟件為單獨研發(fā)的流量計量軟件，同時PC8的所有參數(shù)和計算結果均可以通過以太網(wǎng)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(shù)。

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2 系統(tǒng)畫面和報表

系統(tǒng)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(chǎn)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(chuàng)始人之一， 軟件的層次化以及開放型，對于復雜的數(shù)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(wǎng)（Modbus TCP/IP）采集SCS、流量計算模塊、SIS安全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對站控系統(tǒng)各設備的控制以及計量參數(shù)的設置，另外提供報警、各類報表、操作數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲及報表分析、報警及事件、參數(shù)修改及操作記錄黑匣子等功能超出了常規(guī)HMI功能實現(xiàn)的范圍，但由于iFix具備強大的VBA和與關系型數(shù)據(jù)庫的實時交互能力，簡潔并完美地實現(xiàn)了上述功能，既提高了系統(tǒng)集成商的開發(fā)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(huán)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(chǎn)品：PAC8000控制系統(tǒng)及iFIX 上位機軟件，實現(xiàn)了站場控制和天然氣流量計量，PAC8000系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，極大的方便了系統(tǒng)集成商的組態(tài)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(shù)據(jù)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(tǒng)具備優(yōu)良的軟硬件兼容性、良好的系統(tǒng)擴展性、大數(shù)據(jù)量的穩(wěn)定性、操作界面美觀并人性化等特點。系統(tǒng)投運以來，以其穩(wěn)定的運行狀態(tài)為該化工裝置提供可靠的安全保障，實現(xiàn)了集監(jiān)、管、控于一體的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理模式，大大提高了生產(chǎn)效率。