MACS控制系统在10*104m3/dLPG处理装置中的应用
日期：2008-8-15 0:44:56 来源：中国自动化网
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摘 要：本文介绍了在LPG处理装置中，选用和利时的MACS控制系统的基本原理，系统构成，和应用效果。对于中大型的LPG处理装置采用本系统能有效的控制现场，提高产量，保证生产，避免事故的发生。
关键词：LPG，MACS，ConMaker，FacView Explorer，现场总线，主控器，组态, 分程控制中图分类号：TP277
1. 前言
胜利油田河口采油厂渤三站10*104m3/d LPG处理装置采用和利时的MACS控制系统。目前系统投产一年半,运行状况良好，系统稳定。
处理装置原则流程如下:对进站的天然气，采用两级压缩进行处理，于级间采用分子筛脱水，利用两级氨冷，逐步分离天然气中的重组分，回收液化气和轻油，产品是液化气、轻油和干气。面对竞争日益激烈的世界石油天然气市场，那些旧的，落后的，烦琐的人工操作方式已不能满足发展的要求，从长远的角度来看，要降低生产成本，获得最大化收益，要持续发展，全面改善油气集输的管理水平，就必须采用先进的自动化控制方案。为此，采用北京和利时的MACS控制系统。该MACS系统能够对所有关键参数进行实时显示，预设上下限报警，并通过信号远传来自动控制相应调节阀的开度，使整个生产过程始终保持在最优状态之下，能够大大提高生产效率，降低事故的隐患，有效的节约人力，提高产量。
2. MACS系统的构成，功能特点
2.1 系统概况
本项目控制系统组成：网络、服务器、工程师站、操作员站，网络分为管理网络、系统网络、控制网络三个层次。系统硬件包括2个主控器（冗余配置）、3个I/O机柜、1个安全栅机柜、2个服务器机柜、2个操作员站、1个工程师站，1台打印机。整个网络分为三层，管理网络（MNET）实现工程师站、操作员站与服务器的互联，系统网络（SNET）实现现场制站与操作员站的互联，控制网络（CNET）实现现场控制站与过程I/O站的通讯。系统网络为双层结构，当一条网络出现问题时不会影响到系统的正常运行，提高了系统网络的稳定性;现场控制站--主控单元由双CPU组成，互为冗余，当其中一个出现故障时,自动切换到另一个,保证控制的可靠性、数据传输的连续性。通过服务器将数据发布到MIS网上,将数据孤岛变为数据共享。系统结构简图如下：
2.3 I/O统计
本装置共有22个调节回路，均为单参数调节（一个为分程控制）。其中：温度调节回路4个，压力调节回路4个，流量调节回路2个，液位调节回路12个。
2.3.1、信号点统计
2.3.2、模块数量
3. MACS系统软件组态、实现的功能
3.1 软件组态
LPG整个控制组态在工程师站进行，包括控制方案生成系统（ConMaker）组态和人机界面系统（FacView Explorer）组态。
控制方案生成系统组态包括：主控器配置、I/O设备组态、数据库组态、算法组态等。
人机界面系统组态包括：报表组态、报警组态、图形组态。
报表组态：系统根据运行的要求进行报表组态，有工艺参数日报表、工艺参数月报表、工艺参数年报表、数据报警记录报表、操作日志报表等
报警组态：根据系统要求和操作条件，设定硬件报警和工况数据报警。
图形组态：按照LPG工艺流程图绘制图形，然后进行数据动态连接，连接的动态点必须是数据库内定义的点。本系统的画面有：3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面以及其他系统辅助画面。
3.2 关键控制方案的实现
3.2.1 进站、外输压力的ESD控制
在仪表检修、设备更换、流程更改或者其他不可避免的情况，为了保证不造成整个LPG装置憋压，在进站和外输管线处分别增加DN300的切断阀，二者和压力、手动报警条件连锁，构成ESD控制。正常情况下，进站切断阀打开，外输切断阀关闭，一旦报警或者其他要求，进站切断阀关闭，外输切断阀打开，保证站内设备和人员的安全。
3.2.2 原料气压缩机的控制
本装置三台原料气压缩机，根据厂家要求，组态如下控制：一级进气、二级排压、润滑油压力、排气温度、轴承温度等，弹出报警画面，显示超限参数，同时声音提示操作工处理现场；如果出现极限条件，需要停机，则由程序运算，输出开关量信号到电气控制室，停止压缩机，避免事故的发生。控制算法如下：
3.2.4 回流泵压力的分程控制
传统的分程控制只给出一个AO点，在DCS中与单回路的设计是一样的，只能靠两个分程调节阀的阀门定位器来实现现场的控制，显然没有发挥DCS的技术优势。如图所示。
对传统的分程控制改进如下：将分程任务改为由两个AO点完成。比用现场分程精度高、易实现。可以在特殊情况下对各调节阀进行手动调节，而且可以保证无扰动恢复。一个调节阀手动调节时，另一个仍可处于自动控制状态，因此该方案实际上对传统的分程控制进行了功能扩充，大大增加了操作的灵活性。
本装置回流泵出口压力采用改进的分程控制，能有效的保证回流泵的运行，控制系统压力平稳，能够起到提高产量的目的。
3.3 实现功能
3.3.1 可靠的控制策略
互为备用。主控器冗余、操作站冗余、服务器冗余。当一条链路出现故障时不会影响数据的采集和控制，有力的保证了生产。
3.3.2 丰富的画面显示功能
在操作站显示的画面有系统画面、3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面、I/O设备操作画面、数据历史趋势图、调用菜单画面、报警画面、报表画面、ESD操作画面。操作人员通过调用这些画面可以全面地了解全LPG装置的运行情况，并且能方便地对设备操作和控制。
3.3.3 故障诊断与报警处理功能
在系统画面上列出了I/O设备的上电情况、通讯状态、故障状态；在各流程的操作画面中都列出了各参数报警条件，记录报警发生时的有关信息，如：报警的当前值、故障标签名称、报警信息、故障报警时间、确认报警时间等，并对报警信息进行管理。
3.3.4 报表功能
本系统设计了多种报表：工艺参数日报表、工艺参数月报表、工艺参数年报表、数据报警记录报表、操作日志报表等，可以按照要求打印相应的报表。还设计了时间触发机制，能够按照要求的时间随时打印。
3.3.5 数据的网络发布功能
数据可以在网络上发布，在其他岗位可以浏览数据。操作人员可在主控室对生产过程进行监控；公司经理、厂长、工程师坐在办公室甚至在家里也可以监控整个系统的运行情况。
4. 结束语
该LPG处理装置的MACS系统自投运以来，运行稳定可靠，人机界面美观实用，操作直观方便。对运行过程中出现的故障，MACS系统能够及时、准确、可靠的进行报警，并且能够按照预定的程序投入保护。从总体上看，系统运行正常稳定，各项技术指标达到设计要求，收到了良好的效果，取得用户的好评，为信息管理系统提供了实时数据，使整个系统的运转效率和管理水平跨上了一个新的台阶。
参考文献：
1、 哈尔滨工大，《现代控制理论》，哈尔滨工业大学出版社，1999
2、 北京和利时，MACSTM Hardware Handbook，北京和利时系统工程股份公司，2000
3、 北京和利时，MACS控制系统组态的方法和技巧，北京和利时系统工程股份公司，2001
4、 浙江大学，周春晖，《化工过程控制原理》，浙江大学出版社，1998
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处理装置原则流程如下:对进站的天然气，采用两级压缩进行处理，于级间采用分子筛脱水，利用两级氨冷，逐步分离天然气中的重组分，回收液化气和轻油，产品是液化气、轻油和干气。面对竞争日益激烈的世界石油天然气市场，那些旧的，落后的，烦琐的人工操作方式已不能满足发展的要求，从长远的角度来看，要降低生产成本，获得最大化收益，要持续发展，全面改善油气集输的管理水平，就必须采用先进的自动化控制方案。为此，采用北京和利时的MACS控制系统。该MACS系统能够对所有关键参数进行实时显示，预设上下限报警，并通过信号远传来自动控制相应调节阀的开度，使整个生产过程始终保持在最优状态之下，能够大大提高生产效率，降低事故的隐患，有效的节约人力，提高产量。
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2. MACS系统的构成，功能特点
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2.1 系统概况
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本项目控制系统组成：网络、服务器、工程师站、操作员站，网络分为管理网络、系统网络、控制网络三个层次。系统硬件包括2个主控器（冗余配置）、3个I/O机柜、1个安全栅机柜、2个服务器机柜、2个操作员站、1个工程师站，1台打印机。整个网络分为三层，管理网络（MNET）实现工程师站、操作员站与服务器的互联，系统网络（SNET）实现现场制站与操作员站的互联，控制网络（CNET）实现现场控制站与过程I/O站的通讯。系统网络为双层结构，当一条网络出现问题时不会影响到系统的正常运行，提高了系统网络的稳定性;现场控制站--主控单元由双CPU组成，互为冗余，当其中一个出现故障时,自动切换到另一个,保证控制的可靠性、数据传输的连续性。通过服务器将数据发布到MIS网上,将数据孤岛变为数据共享。系统结构简图如下：
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2.3 I/O统计
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本装置共有22个调节回路，均为单参数调节（一个为分程控制）。其中：温度调节回路4个，压力调节回路4个，流量调节回路2个，液位调节回路12个。
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2.3.1、信号点统计
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2.3.2、模块数量
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3. MACS系统软件组态、实现的功能
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3.1 软件组态
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人机界面系统组态包括：报表组态、报警组态、图形组态。
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报表组态：系统根据运行的要求进行报表组态，有工艺参数日报表、工艺参数月报表、工艺参数年报表、数据报警记录报表、操作日志报表等
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报警组态：根据系统要求和操作条件，设定硬件报警和工况数据报警。
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图形组态：按照LPG工艺流程图绘制图形，然后进行数据动态连接，连接的动态点必须是数据库内定义的点。本系统的画面有：3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面以及其他系统辅助画面。
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3.2.1 进站、外输压力的ESD控制
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对传统的分程控制改进如下：将分程任务改为由两个AO点完成。比用现场分程精度高、易实现。可以在特殊情况下对各调节阀进行手动调节，而且可以保证无扰动恢复。一个调节阀手动调节时，另一个仍可处于自动控制状态，因此该方案实际上对传统的分程控制进行了功能扩充，大大增加了操作的灵活性。
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3.3 实现功能
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3.3.1 可靠的控制策略
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3.3.2 丰富的画面显示功能
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在操作站显示的画面有系统画面、3个工艺流程主画面、16个工艺流程分画面、可燃气体报警监控画面、调节阀操作画面、I/O设备操作画面、数据历史趋势图、调用菜单画面、报警画面、报表画面、ESD操作画面。操作人员通过调用这些画面可以全面地了解全LPG装置的运行情况，并且能方便地对设备操作和控制。
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3.3.3 故障诊断与报警处理功能
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在系统画面上列出了I/O设备的上电情况、通讯状态、故障状态；在各流程的操作画面中都列出了各参数报警条件，记录报警发生时的有关信息，如：报警的当前值、故障标签名称、报警信息、故障报警时间、确认报警时间等，并对报警信息进行管理。
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3.3.4 报表功能
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3.3.5 数据的网络发布功能
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数据可以在网络上发布，在其他岗位可以浏览数据。操作人员可在主控室对生产过程进行监控；公司经理、厂长、工程师坐在办公室甚至在家里也可以监控整个系统的运行情况。
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4. 结束语
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该LPG处理装置的MACS系统自投运以来，运行稳定可靠，人机界面美观实用，操作直观方便。对运行过程中出现的故障，MACS系统能够及时、准确、可靠的进行报警，并且能够按照预定的程序投入保护。从总体上看，系统运行正常稳定，各项技术指标达到设计要求，收到了良好的效果，取得用户的好评，为信息管理系统提供了实时数据，使整个系统的运转效率和管理水平跨上了一个新的台阶。
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——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
参考文献：
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1、 哈尔滨工大，《现代控制理论》，哈尔滨工业大学出版社，1999
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2、 北京和利时，MACSTM Hardware Handbook，北京和利时系统工程股份公司，2000
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3、 北京和利时，MACS控制系统组态的方法和技巧，北京和利时系统工程股份公司，2001
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4、 浙江大学，周春晖，《化工过程控制原理》，浙江大学出版社，1998
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