PAC8000在轻烃回收装置以及天然气流量计量中的应用

摘要： PAC8000工业 控制系统以其在石油化工行业中的独特特点，在西南油气田广安轻烃回收装置中承担了 DCS 、 ESD 、 F&G 、 RTU 以及天然气流量计量任务，实现了用户在同一平台上完成全部功能的初衷。

关键词： 天然气，流量计量， PAC8000,GE, SIL2 ， DCS ， ESD, F&G

西南油气田广安轻烃回收装置生产规模为 100X104m3/D ，主要工艺装置包括分子筛脱水装置、轻烃回收装置、产品气增压装置、液化气、轻油罐区以及装车设施等。为保证全厂安全性、可靠性、平稳、高效、经济地运行，用户要求对全厂的控制系统采用分散控制系统 DCS ，紧急停车联锁和可燃气体 / 火灾检测报警各采用一套独立的安全仪表系统 SIS ，对于远离装置区的生活区污水处理装置的控制采用远程终端装置 RTU ，同时实现满足 GB/T21446-2008 标准的天然气流量计量功能。

PAC8000 系统的硬件设计可以达到防爆 2 区直接安装，工作温度在 -40~70 摄氏度之间， G3 防腐认证。同时， PAC8000 系统可以在同一硬件平台上实现 DCS 、 ESD 、 F&G 、 RTU 以及天然气流量计量功能，用户只需要使用一个软件平台就可以对所有的控制功能单元进行组态、编程和维护，大大简化了维护的工作量，同时减少了备件的种类和数量。

1. 系统构成

由于整个系统采用了统一的硬件平台，所以所有的控制单元均可以接入同一个网络，简化了系统结构。系统结构如图 1 所示。

整个系统中 DCS 部分主要负责装置的正常生产和操作，其中控制器、电源、网络和关键 IO 部分采用冗余配置。 ESD 系统承担装置紧急停车任务，系统采用 SIL2 （ IEC61508 ）安全等级标准配置和设计。 F&G 系统负责装置区可燃气体 / 火灾和消防报警，采用 SIL2 （ IEC61508 ）安全等级标准配置和设计。 RTU 部分负责倒班生活区污水处理装置的控制。流量计量模块按照 GB2008 标准实现 4 路天然气管路流量计量功能。 DCS 、 ESD 、 F&G 、 RTU 控制站和流量计量模块共享同一冗余网络，采用统一的系统组态和编程软件，构成一个面向全厂的、完整的、统一的控制系统，工厂内成套设备自带 PLC 现场控制设备的相关信息，通过 RS485 串口通信上传至 DCS 系统。

1.1 控制器

根据装置生产的特点和控制要求， DCS 部分控制器选择了冗余的 PAC8000 混合控制器，该控制器具有高度灵活的数据采集输入输出和控制功能，可实现常规控

图 1   系统结构图

制、逻辑控制和顺序控制。 ESD 和 F&G 部分控制器采用冗余的 PAC8000 安全控制器，该控制器内置状态检测回路，采用 1OO1D 表决方式，单控制器即可满足 SIL2 安全等级要求，为提高系统可靠性和可利用率，本系统采用了冗余配置。 RTU 部分控制器采用 PAC8000 逻辑控制器，该控制器具有高度灵活的数据采集输入输出和控制功能，可实现常规控制、逻辑控制和顺序控制，同时支持 DNP3.0 以太网协议。所有型号的控制器均采用 IBM PowerPC 266MHz 32 位微处理器，   25M 内存，双以太网和双串行通讯接口，支持 API 、现场总线、 ModBus 、 HART 、点对点通讯以及 OPC ，可以实现冗余配置，可直接安装在危险 2 区，满足 G3 防腐认证要求。一个控制器最多可安装 64 个 I/O 模块，支持热插拔。双路电源供电。

冗余控制器配置中，冗余控制器互为备用，同步接收输入信号数据，同步执行控制计算，同时互相传送计算结果。当一个控制器监测到错误时，无故障的控制器可以立刻接着进行控制，实现无扰动切换。

1.2 IO 模块

PAC8000 系统的电源、控制器和 I/O 模块可以直接安装危险 2 区，部分 I/O 模块内置本质安全型安全栅，无需额外安装安全栅，通道隔离、监测以及 LED 指示，支持多种信号类型，支持在线热插拔。模拟量输入 A/D 转换分辨率达到 16 位，模拟量输出 A/D 转换分辨率达到 12 位，能够对现场回路进行检测，内置输入变量线性化、工程单位转换、开平方滤波、报警及冷端温度补偿运算功能。 IO 卡件具备最快 20ms 模拟量调节功能， 10ms 数字量控制功能和 1msSOE 控制功能。

1.3    流量计量单元

流量计量单元属于 PAC8000 系统中的特殊模块，可同时实现最多 8 路的天然气流量计量功能。流量计量单元的所有参数和计算结果均可以通过以太网直接上传至操作站 HMI 软件显示，同时也可以从操作站修改天然气计量参数和组分参数。流量计量显示画面如图 2 所示。

图 2 流量计量显示画面

2. 系统软件设计

GE 公司提供本装置系统所需的全部软件，包括系统组态、控制策略组态软件 WorkBench 和人机界面 HMI 软件 Cimplicity 。

2.1 系统组态和控制软件

系统使用 Workbench 进行系统硬件和控制策略的组态。整个控制软件涵盖了关键控制回路 IO 冗余、单回路 PID 控制、串级控制回路、比值控制回路、报警联锁回路、计算累积回路，马达控制回路等全部的生产自控程序。

2.2 人机界面软件

操作站人机界面 (HMI) 软件 Cimplicity 是基于 Windows XP 操作系统的软件。可以创建强大的、功能齐全的监控系统，充分利用 Microsoft Windows 的先进功能，包括 ActiveX 控件、 OLE 、图形、网络等。还可以通过添加自定义 ActiveX 控件、向导、常规对象、以及创建来扩充的功能。操作站人机界面 (HMI) 软件主要完成实时监控、历史记录，数据采集、系统报警及打印报表等重要功能。采用高性能计算机作为监控系统支撑硬件平台，以 Windows XP 和组态软件构成监控系统运行平台。提供友好的人机交互界面功能、图形处理功能、报表处理功能、报警处理功能、查询功能、用户权限管理功能等。操作画面如图 3 和图 4 所示。

图 3 DCS 系统操作画面

图 4 DCS 系统操作画面

3. 结论

广安轻烃回收装置采用 GE 公司 PAC8000 控制平台实现了 DCS 控制系统、 ESD 紧急停车系统、 F&G 火气系统、 RTU 远程终端单元系统以及天然气流量计量，统一的控制平台大大简化工程实施、系统维护以及用户备件种类和数量，为装置顺利开车和稳定长周期运行打下了牢固的基础。

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