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、可靠、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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