PAC8000系統(tǒng)在西南天然氣管道中的應(yīng)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(yīng)用的特點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)控制和天然氣流量計(jì)量，實(shí)現(xiàn)了在同一平臺(tái)上完成站控、流量計(jì)量、上位機(jī)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：油氣；流量計(jì)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(diào)整改造工程北外環(huán)集輸氣管道工程（簡(jiǎn)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(chǎng)3座：南部站、三臺(tái)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(yuǎn)控截?cái)嚅y室。北外環(huán)二期工程可接收就近氣礦來氣，同時(shí)為當(dāng)?shù)厥姓?、工廠生產(chǎn)供氣。輸氣站站控系統(tǒng)由站控計(jì)算機(jī)以及PLC控制站組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)站場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和流量計(jì)算等功能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)過程顯示、參數(shù)的設(shè)定和報(bào)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(jī)，由于各個(gè)站場(chǎng)的工藝要求及生產(chǎn)任務(wù)大致相同，控制系統(tǒng)也具有可復(fù)制性，所以此文重點(diǎn)選取“連山輸氣站”進(jìn)行闡述。

1 站場(chǎng)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(shè)置三個(gè)控制系統(tǒng)：SCS（站控系統(tǒng)）、SIS（安全儀表系統(tǒng)）、計(jì)量系統(tǒng)。整個(gè)連山輸氣站采用了GE的PAC8000系統(tǒng)，所有的控制采用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，便于通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

在此輸氣站，PLC主要負(fù)責(zé)輸氣站的參數(shù)采集、流量計(jì)算和設(shè)備控制，所有的控制器、電源、網(wǎng)絡(luò)均為冗余配置?，F(xiàn)場(chǎng)過來信號(hào)均會(huì)通過浪涌保護(hù)器接入IO模塊，控制器再將所采集到的信號(hào)通過以太網(wǎng)傳給站控上位機(jī)。控制器可提供冗余的串口通訊、以太網(wǎng)通訊。流量計(jì)量系統(tǒng)按照GB2008標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)1-8路天然氣管路流量計(jì)量，同時(shí)可通過以太網(wǎng)接口將計(jì)量結(jié)果上傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示、記錄和報(bào)表功能。

PAC8000系統(tǒng)的所有硬件均可以達(dá)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(rèn)證。另外，PAC8000的流量計(jì)量系統(tǒng)可以嚴(yán)格按照GB/T21446-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)設(shè)備參數(shù)、液體參數(shù)等計(jì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量功能，同時(shí)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(jì)量精度可達(dá)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯順序控制。控制器及電源、網(wǎng)絡(luò)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(tái)上位監(jiān)控站，1臺(tái)工程師站兼操作員站，1臺(tái)操作員站。

在站控系統(tǒng)中，冗余控制器互為備用，同時(shí)接收信號(hào)數(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計(jì)算。當(dāng)一個(gè)控制器因電源、網(wǎng)絡(luò)、硬件等原因監(jiān)測(cè)到故障時(shí)，控制器自動(dòng)切換，另一個(gè)無故障的控制器可以馬上進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。

站控SCS系統(tǒng)，主要進(jìn)行站場(chǎng)日常的生產(chǎn)控制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，流量計(jì)算，與上位機(jī)通訊顯示工藝流程及參數(shù)等，除了SCS系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)鎖，同時(shí)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(cuò)結(jié)構(gòu)，為保證在軟硬件故障時(shí)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(shí)，能無擾動(dòng)地切換到冗余的CPU、電源、通訊總線上運(yùn)行，冗余CPU、電源、通訊總線能無擾動(dòng)切換），因此采用具備TUV SIL2本質(zhì)安全認(rèn)證的SafetyNet系列控制器。SIS系統(tǒng)與SCS系統(tǒng)共用2臺(tái)上位監(jiān)控站。

SIS系統(tǒng)，主要是對(duì)站場(chǎng)的關(guān)鍵閥門及點(diǎn)位進(jìn)行聯(lián)鎖控制，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)的安全聯(lián)鎖，使站場(chǎng)處于故障安全運(yùn)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(jìn)行邏輯判斷來控制設(shè)備動(dòng)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(diǎn)位聯(lián)鎖，比如：儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力的高低與進(jìn)出液閥門的聯(lián)鎖，儲(chǔ)氣罐內(nèi)液位的高低與進(jìn)出夜閥門的聯(lián)鎖，同時(shí)還有與LNG罐及補(bǔ)氣裝置的一級(jí)、二級(jí)調(diào)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(bào)警聯(lián)鎖、SCS系統(tǒng)部分點(diǎn)聯(lián)鎖、ESD聯(lián)動(dòng)信號(hào)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(jì)量系統(tǒng)

流量計(jì)量系統(tǒng)PC8屬于PAC8000系統(tǒng)中的一個(gè)特殊模塊，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)1-8路的天然氣流量計(jì)量功能。流量計(jì)量系統(tǒng)PC8包含硬件及流量計(jì)量軟件兩大部分，PC8的硬件是采用GE公司的工業(yè)計(jì)算機(jī)，主頻為1.5Ghz，500G固態(tài)硬盤，包含有2個(gè)以太網(wǎng)接口，4個(gè)串口，采用24VDC供電，其最大的特點(diǎn)是可持續(xù)工作，工作時(shí)間為78000小時(shí)。PC8的軟件為單獨(dú)研發(fā)的流量計(jì)量軟件，同時(shí)PC8的所有參數(shù)和計(jì)算結(jié)果均可以通過以太網(wǎng)上傳至上位機(jī)HMI軟件顯示，通過上位機(jī)修改天然氣計(jì)量及組分參數(shù)。

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2 系統(tǒng)畫面和報(bào)表

系統(tǒng)人機(jī)界面采用Proficy iFix軟件，IFIX軟件是GE智能平臺(tái)自動(dòng)化軟件Proficy產(chǎn)品家族中的一個(gè)基于Windows的HMI/SCADA組件。GE proficy IFix是全球裝機(jī)量最大的SCADA HMI軟件，擁有最為豐富的驅(qū)動(dòng)（2200多種），同時(shí)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(duì)于復(fù)雜的數(shù)字化油田建設(shè)至關(guān)重要。

連山輸氣站站控計(jì)算機(jī)（HMI）通過以太網(wǎng)（Modbus TCP/IP）采集SCS、流量計(jì)算模塊、SIS安全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)站控系統(tǒng)各設(shè)備的控制以及計(jì)量參數(shù)的設(shè)置，另外提供報(bào)警、各類報(bào)表、操作數(shù)據(jù)記錄、歷史趨勢(shì)等功能。

在本項(xiàng)目中，天然氣流量計(jì)算及管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及報(bào)表分析、報(bào)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(shí)現(xiàn)的范圍，但由于iFix具備強(qiáng)大的VBA和與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)交互能力，簡(jiǎn)潔并完美地實(shí)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(shí)也給用戶提供了更好的操作體驗(yàn)。

3 項(xiàng)目總結(jié)

北外環(huán)二期工程連山輸氣站、南部末站、三臺(tái)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(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)控制和天然氣流量計(jì)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(diào)試，也方便了用戶的操作維護(hù)；IFIX豐富的圖庫、強(qiáng)大的VBA及數(shù)據(jù)庫交互能力功能充分滿足了用戶在報(bào)表及操作管理方面的特殊需求。

整個(gè)站場(chǎng)控制系統(tǒng)具備優(yōu)良的軟硬件兼容性、良好的系統(tǒng)擴(kuò)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(diǎn)。系統(tǒng)投運(yùn)以來，以其穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)為該化工裝置提供可靠的安全保障，實(shí)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。