基于EPKS SYSTEM LNG罐區組態設計

徐鵬（山東電力基本建設總公司，山東 濟南 250102）

1 系統架構組態

系統結構組態將對LNG接收站過程控制網絡中各節點參數、類型進行配置，從而構筑LNG TERMINAL的系統架構，是LNG儲罐組態程序設計的第一步，為后面各項組態工作奠定基礎。

LNG項目系統結構包括：4對冗余C300過程控制器及配套C系列I/O卡件、5臺雙屏Console站、5臺雙屏Flex站、冗余服務器以及過程控制網絡（FTE-FaultTolerant Ethernet）。

本項目（LNG接收站項目）DCS部分將現場劃分為四個區域：CCR、PIR、JCR、TIR。CCR 配置有冗余PKS服務器、4臺雙屏Console站、4臺雙屏Flex站，4面DCS系統柜，柜內含有1對C300冗余服務器及其配套的C系列I/O卡件。PIR配置4面DCS系統柜，含有遠程模塊、2對冗余C300控制器及其配套的C系列I/O卡件。JCR設有配置有1臺雙屏Console站、1臺雙屏Flex站，2面DCS系統柜，內部含有1對C300冗余服務器及其配套的C系列I/O卡件。TIR配置1面DCS系統柜，含有C系列I/O卡件及遠程模塊，現場采集的數據將通過遠程模塊傳遞至工藝儀表室進行控制。系統采用容錯以太網作為過程控制網絡（ControlNET）。在CCR和JCR設有雙屏操作站，用以對過程數據及歷史、報警、事件等信息進行監控。

2 回路組態

回路組態是整個組態工作的核心，它用于依據控制需求建立LNG儲罐所需的所有顯示和控制回路，從而建立一個實時數據庫，存儲LNG儲罐所有監測和控制的信息，也是流程圖組態中監控參數的數據來源。

2.1 顯示回路

現場檢測信號經安全柵柜進入系統柜后不存在輸出回路，不會對現場儀表產生控制作用的回路為顯示回路，該回路中的參數僅作監控及報警。依據信號類型的不同又分為數字信號和模擬信號顯示回路，兩者所用的模塊、結構及參數設置不同。模擬信號顯示回路由模擬量輸入通道AI Channel和數據獲取模塊DACAACQ構成，模擬量輸入模塊AI Channel將現場測量的4-20mA電信號傳入并轉化為線性對應的百分比信號，數據獲取模塊DACAACQ將百分比信號線性轉化為工程量。

2.2 控制回路

含有從DCS系統柜經安全柵柜回到現場的輸出回路，會對現場設備產生作用改變其狀態的回路稱為控制回路。依據信號類型的不同又分為PID控制回路、數字信號控制回路及手動信號控制回路，各回路所用模塊及回路結構均不相同。(1)PID控制回路PID控制回路由數字信號輸入通道DI Channel、數據獲取模塊DACAACQ、PID控制模塊及模擬量輸出通道AO Channel構成，模擬量輸入模塊AI Channel將現場測量的4-20mA電信號傳入并轉化為線性對應的百分比信號，數據獲取模塊DACAACQ將百分比信號線性轉化為工程量，PID模塊將通過計算過程變量PV以及設定值SP，利用PID調節，計算控制輸出OP，使其向偏差變為零的方向變化。

圖2.3-3所示是位于LNG低壓輸送泵回料管線上的流量控制回路。它是通過調節回料管線閥門，從而控制最小外輸流量。LNG低壓外輸回料管線的作用一方面為了控制外輸管線的流量，另一方面為了對罐內介質循環，從而防止翻滾現象發生。為了減小穩態誤差，達到設定標準，將添加積分作用；為了加快調節速度，將添加微分作用，然而為了防止閥門開度和流量瞬時劇烈變化，微分作用的對象將不采用測量值而依舊選擇偏差值，故該模塊將采取基于偏差的標準PID算法，即PID控制模塊中的公式A（EQA）。

圖2.3-3 流量控制回路FIC_11110A工藝圖

3 邏輯連鎖組態

邏輯連鎖組態是在回路組態完成的基礎上所要展開的工作，它將結合工藝安全、設備啟停條件及報警需求，為部分回路配置連鎖及報警的功能，使其符合設備安全啟停及報警的操作要求。

邏輯連鎖組態工作也在控制策略組態軟件Control Builder中完成，基于回路組態建立的基本回路結構，根據邏輯圖及報警要求，通過調用Control Builder的Logic庫中調用各邏輯模塊，組建出符合功能的邏輯鏈路。組態流程為：搭建邏輯、調節各模塊時序、下裝并激活。

3.1 設備啟停邏輯

LNG儲罐部分的啟停邏輯即低壓泵回料管線上閥門的開關邏輯。

圖3·1 閥門啟停邏輯

該邏輯為DCS控制電磁閥啟停邏輯。閥門為正常狀態時觸發強制關連鎖(OI(0)=1)使其為關閉狀態，當低壓泵運行時，操作員在DCS由啟動按鈕給出開命令后，將在OPEN標志塊中產生一個正脈沖，該脈沖將觸發強制開連鎖啟動(OI(1)=1)，使設備控制模塊DEVCTL輸出值改變，進而依次改變數字輸出模塊DO Channel、現場閥門的狀態，由數字信號輸入通道DI Channel將狀態反饋至DCS系統。同樣的，當操作員在DCS由停止按鈕給出關命令后，將在CLOSE標志塊中產生一個負脈沖，進而觸發強制關聯鎖使閥門關閉。邏輯圖如圖3·1所示。

3.2 報警邏輯

(1)報警延遲邏輯

如圖3.2-1所示，為低壓輸送管線上流量控制回路中延遲報警邏輯。邏輯要求，在低壓輸送泵開啟120s之后，若該管道中流量仍低于50 m3/h，才觸發流量低限報警。回路中將泵運行狀態PM_11110A.PMXI_11110A.PV引入，經過延遲模塊ONDELAY將信號延時120s，再由變量轉換模塊TYPECONVERT將波爾量轉化為對應的枚舉量，作用于數據獲取模塊DACAACQ的低限報警優先級管腳，當低壓輸送泵尚未開啟或開啟時間不足120s時，變量轉換模塊TYPECONVERT的輸入波爾值為0，此時輸出的枚舉量設置為2，對應優先級為NONE，即無效狀態，意味著無論流量是否到達低限均不產生報警；當低壓輸送泵開啟時間超過120s，變量轉換模塊TYPECONVERT的輸入波爾值為1，此時輸出的枚舉量設置為0，對應低限報警優先級為LOW，當流量達到低限時，將觸發報警。

圖3.2-1 延遲報警邏輯

(2)溫差報警邏輯

LNG各儲罐內部罐底均設有9個temperature transmitter供預冷所用，分布如圖3·2-2中的TI_11165A～I所示。邏輯要求：當斜向相鄰兩個點溫差大于50℃時，產生報警信號。

圖3.2-2 T-1104預冷用溫度傳感器分布圖

圖3.2-3 TI_11165B溫差報警邏輯

點TI_11165B的溫差報警邏輯如圖3.2-3所示。由圖3·2-2中知，與TI_11165B相鄰的點有TI_11165A和TI_11165I，當與TI_11165A或TI_11165I任意一點相差大于50℃時，均會觸發該邏輯，產生報警信號。邏輯中將參TI_11106B.DACA.PV及TI_11165A.DACA.PV引至輔助計算模塊AUXCALC，并定義其輸出PV計算表達式為：TI_11165B_ALARM.AUXCALCA.P[1]-

TI_11165B_ALARM.AUXCALCA.P[2]，即兩點溫度的差值，將此差值輸入數據獲取模塊DACAACQ，將數據獲取模塊的低限報警值設為-50℃，優先級LOW；高限報警值設為50℃，優先級LOW；量程盡可能大，同時將低限報警和高限報警的報警標志參數引至或門。同理對TI_11165A與TI_11165B之間進行設置，便完成點TI_11165B的溫差報警邏輯，實現報警功能。

4 結語

本文是針對LNG TERMINAL TANK SYSTEM CONFIGURATION DESIGN，設計PKS的系統架構，完成過程控制點的網絡節點設置，建立HUMAN INTERFACE的監控系統，結合LNG的工藝控制要求，以及考慮到安全生產控制，設計回路及安全邏輯連鎖程序，包括設備啟停，報警邏輯，以及GROUP,TREND,AND EVENT HISTORY DATA，這些強大的數據庫支持功能。滿足工藝生產的要求，達到穩定運行的結果，性能可靠。實現了對LNG TERMINAL TANK SYSTEM的全面控制管理。

[1]王樹青，工業過程控制工程[M]，化學工業出版社，2007

[2]NOH Y,CHANG K,SEO Y,ET AL.Risk-based determination of designpressure of LNG fuel storage Tanks based on dynamic process simulationcombined with monte Carlo method[J].Reliability Engineering&SystemSafety,2014,129(3)：76-82

[3]LIN W,ZHANG N,GU A.LNG(liquefied natural gas)：A necessary partin China's future energy infrastructure[J].Energy,2010,35：4383-4391.

[4]Production,storage and handing of liquefied nature gas(LNG)