長北項目地面工程自動化技術

張森 索慧斌(長慶油田第二采氣廠 陜西 榆林 719000)

1 網絡結構

長北項目地面工程自動化控制系統，結合長北項目的實際情況，采用總體設計和規劃，具有長北項目中外合作的特點。其主體框架結構長北項目控制中心SCADA系統、中央處理廠控制和聯鎖保護系統、井叢控制系統、視頻監控系統以及配套的網絡通訊系統，于2006年一次性建成。系統總體網絡結構設計為分散型控制系統結構，通過支持標準TCP/IP協議的局域網連接，從地理上分散的各個區域采集數據。

按照現有的管理模式和項目分布，長北項目自控制系統網絡結構可簡單劃分為長北項目控制中心和處理廠、集氣站、井叢控制系統兩級，其中包括：控制中心的工程師站、操作員站、培訓工作站、冗余數據服務器、冗余歷史磁盤陣列、GPS時鐘同步系統、PI實施數據庫；長北天然氣處理廠DCS（集散控制系統）、IPS（儀表保護系統）、FGS（氣體及火焰探測系統）、井叢RTU/IPS、集氣站RTU等。各個子系統分散在全項目范圍內，既互相獨立，又互相聯系。

2 功能設置

2.1 集氣站站控系統

集氣站站控系統是指長北項目試生產作業區各集配氣站站控系統，它實現了對各集配氣站現場生產過程參數和設備狀況的數據采集、控制、報警管理和聯鎖保護。其具體功能為：監測站內各主要設備運行狀態；在線自動計量多路符合國家標準要求的流量計算；控制和調整主要生產變量的設定值，獨立完成站內的各項現場控制任務，如調節控制、邏輯控制、順序控制等；顯示動態工藝流程和輔助系統畫面，工藝參數趨勢顯示，生產報警畫面顯示，測控設備運行狀態總畫面顯示。

2.2 井叢控制系統

長北項目井叢控制系統，實現了對各井叢現場生產過程參數和設備狀況的遠程數據采集、遠程控制、報警管理和聯鎖保護。其具體功能為：遠程監測井叢內各主要設備運行狀態，如井口壓力、溫度、流量、外輸壓力、井口注醇量、甲醇罐的液位、泵的狀態等；在線自動計量各單井井口流量；遠程控制和調整井口流量、節流后溫度和壓力以及井叢外輸壓力；遠程開關閥門和啟停泵；單井緊急關停和井叢生產工藝緊急停車；顯示動態工藝流程和輔助系統畫面。

2.3 天然氣處理廠控制系統

長北天然氣處理廠過程控制系統（DCS），它主要實現對處理廠內工藝設備、公用輔助系統的參數采集、控制與監視，歷史數據的保存，報表的生成、報警的處理等功能。長北天然氣處理廠儀表保護系統(IPS)是在生產工藝參數非正常時，為保護處理廠人員和工藝設備的安全而進行緊急停車的控制系統。根據生產工藝要求，可實現以下邏輯功能：①中央處理廠緊急停車；②中央處理廠過程停車；③脫水脫烴裝置單元緊急停車；④脫水脫烴裝置單元過程停車；⑤凝析油穩定裝置單元停車；⑥甲醇再生裝置單元停車；⑦井叢緊急停車(單個井叢緊急停車不會影響其它井叢和CPF的正常生產)；⑧井叢過程停車；⑨CPF消防設備遠程啟動；⑩操作旁路開關及指示等。為了保證系統的安全可靠，長北天然氣處理廠儀表保護系統(IPS)與過程控制系統（DCS）在處理器、邏輯程序、功能模塊、現場儀表等方面相對獨立，但在網絡通訊和數據處理方面又相互聯系。

火焰及可燃氣體探測系統(FGS)是用來監測生產現場火焰信號和測量可燃氣體濃度。當有氣體泄漏和火災發生時，系統就會報警，中控室人員經過確認后就可以進行相應的處理，必要時可以從中控室的操作臺上遠程啟動消防泵。它與IPS、DCS在硬件和控制邏輯上相互獨立。FGS系統的數據可以傳至DCS系統，通過DCS系統來監控，與DCS、IPS并列運行。

2.4 長北項目控制中心

長北項目控制中心是整個長北項目地面工程正常生產的重要控制管理層，它直接收集各控制系統的生產數據，建立相應的生產數據，并實時的向更高一層生產調度管理中心傳送現場信息。其主要功能為：監視長北中央處理廠、各井叢及集氣站的工作狀態及設備運行情況，采集各控制系統主要生產運行數據和狀態信息，建立實時、歷史數據庫；為各控制系統提供必備的生產運行參數；發布生產調度指令和事故決策指令；隨時提供全廠的生產信息圖形顯示及歷史資料的對比和趨勢顯示。實現了對整個項目進行集中監控、統一調度管理，井叢裝置無人值守、操作，中央處理廠各裝置無人值守，確保操作人員的人身安全和項目的安全運行。

3 控制系統硬軟件配置

3.1 井叢和處理廠工藝控制系統

采用CENTUM-CS3000集散控制系統，硬件主要包括工程師站、操作員站和現場控制系統。現場控制系統處理器均采用雙冗余容錯結構，其它硬件從外部電源到內部的電源模塊、通信線路、I/O卡件等均采用冗余結構。系統采用熱切換技術、容錯技術等一系列措施。

3.2 處理廠IPS、FGS系統

由安全控制站、安全工程師站和實時控制網構成。其中，安全控制站SCS采用SSC10D-S控制器，由冗余容錯CPU、冗余電源卡件、通訊卡和I/O卡件等構成。

3.3 長北項目控制中心

設置操作員站4臺、工程師站2臺、冗余數據服務器一套、冗余歷史磁盤陣列一套、GPS時鐘同步系統一套、PI實施數據庫、各類打印機。操作員站和工程師站選用高性能工控計算機，操作系統為WINDOWSXP，安裝有CENTUM-CS3000監控軟件。服務器和磁盤陣列采用高性能的工作站。在控制中心，還有設置了緊急控制盤，如果出現緊急情況，在中央控制室可采取手動方式進行控制。

4 總結

長北項目地面工程自動化控制系統經過幾年來的生產檢驗和不斷完善，對項目生產管理起到了非常重要的作用，保證了項目生產的安全和可靠性。已經形成了具有長北項目特色的專有技術，并取得了一定經濟和社會效益，為類似項目開發提供了很好的借鑒。

[1]李戰平.TRICON系統在長北項目集氣站的應用[J].工業控制計算機，2008，21(10)：11-13.

[2]孫志鵬，吳寶祥，單吉全，王東等.長慶項目地面工程自動化控制系統[J].天然氣工業，2002，22(6)：97-100.