论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍了TiSNet-XDC800系统在油田原油集输站控制系统改造中的应用。改变了设备采用手工操作控制，大量工艺参数仪表显示，各岗之间数据孤岛的格局。大幅度提高了原油集输站的自动化测控水平，提高生产效率与安全性。
【关键词】系统方案；控制逻辑；应用效果
The crude oil lose the station at gather a DCS monitor control system reformation
Chen Min
(The medium petrochemical Jiangsu oil-field branch try to adopt one factory Jiangdu Jiangsu 225265)
【Abstract】This text introduction TiSNet-XDC800 the system is in the oil-field crude oil lose the station at gather the control the system the reformation of application.Change equipments adoption handicraft operation control, a great deal of craft parameter appearance manifestation, of each Gang the structure and form of the data isolated island.Significant exaltation the crude oil gather to lose station of automation measure to control level, exaltation produce efficiency and safety.
【Key words】System project;Control logic;Application effect
1. 引言
原油集输站生产工艺复杂，占地面积大，控制设备分散，生产过程中需要测量和控制的工艺参数很多。以往常采用人工采集数据，手工操作设备进行控制的落后状况。需要尽快实现“集中监测、分散控制”系统改造。方便值班人员及时掌握生产运行动态并及时实施控制，提高自动化管理水平。达到采集数据的实时性，同步性和时序性，满足工艺流程和安全生产需要。
2. 集输站工艺流程
井上来油进入三相分离器后，进行原油、污水、天然气分离，原油进入储罐，污水进入污水处理站进行处理，采用微生物接触氧化法（污水回注系统）与活性污泥法（有效注水系统）的处理模式。在污水处理系统前端设置缓冲罐，以实现后续处理装置水量和水质的平稳运行；其中一部分污水经过微生物活性污泥处理装置以及膜过滤后至有效注水系统，另外一部分污水经过微生物接触氧化处理装置以及混凝沉降系统后至污水回注系统。
3. DCS测量控制系统改造方案
3.1 系统测控内容和要求。
3.1.1 DCS测控对象包括：
油气集输系统：三相分离器，三相分离器出油、出水、出气阀组，原油储罐、可燃气体报警仪等5个单体，测控点达17个。
污水处理系统：缓冲罐，污油罐，污水池、注水罐、注水干线、注水泵、污水回收泵、喂水泵等13个单体，测控点达20个。
3.1.2 与其它独立控制系统之间的联接。
污水处理流程中的微生物反应池采用基于Wincc的SIEMENSS7-300系列PLC控制，DCS系统采集PLC数据，进行实时监测。
3.2 采用系统硬件。
.根据现场生产管理要求，选用TiSNet-XDC800控制系统，用于集输站生产过程控制。
集输站库的中控室配置1个TiSNet-XDC800控制柜，一台工程师站和一台操作员站，中控室附近的集输岗控制室配置另一台操作员站。中控室配置UPS电源，系统的控制器XCU、通讯网络、现场I／O、人机接口HMI站、电源等均采用1:1冗余，确保系统可靠性，满足安全生产要求。
3.3 系统软件。
OnXDC是TiSNet系统中运行在人机接口站（HMI）上和控制器（XCU)的软件包。包括xHMI人机界面可视化图形组态软件和XCU图形组态化编程软件。xHMI具有强大的图像显示功能和方便、直观、可视化的图形生成功能。
OnXDC采用统一的分布式实时数据库，网络共享，不需要单独配置服务器。OnXDC和控制器XCU采用整体设计，整个系统的协调性好。视窗架构的人机界面，方便工作人员读取和操作。专业化的嵌入式算法模块，工程师对控制程序的修改无需编译和再次下装，在线修改时能确保连续生产。
3.4 控制逻辑。
集输岗两台三相分离器是重点监控的压力容器（见图1），分离器的油液位、水液位、气压，通过控制各路出口管线上的气动薄膜调节阀开度，达到生产要求的目标值，一直采取调节器小闭环PID控制。现将液位和压力的测量信号通过I/O模块接入系统机柜，编写组态（见图3），系统实现各回路的PID控制。
以1#三相分离器油液位PID控制为例：井上来油不断进入分离器，差压变送器测量分离器油液位，与设定的液位目标值比较，若实际值高于目标值，分离器出油管线上的气动薄膜调节阀开度加大，增加分离器出油流量，分离器油液位下降到目标值；当液位实际值低于目标值，则气动薄膜调节阀减小开度，减少分离器出油流量，液位上升到目标值。同理，实现分离器水液位和气压控制PID控制。
图1 油气集输系统监控界面
图2 微生物反应池监控界面
3.5 其它设备信号接入。
3.5.1 集输岗原油储罐磁致液位仪信号通过XCC-485通讯模块接入系统，DCS系统采集到原油罐液位，实现原油产量和温度监测。
集输岗控制室内4路可燃气体报警仪接入DCS系统的DI模块，当任何1路气体浓度超标，报警仪声光报警同时，中控室内DCS系统同步声光报警，以方便组织人员迅速进行处理。
图3 1#三相分离器油液位调节组态
3.5.2 注水岗微生物反应池采用基于Wincc的SIEMENSS7-300系列PLC控制，控制信息通过XCC-485通讯模块接入DCS系统，实现系统对微生物反应池的监测。（见图2）
3.5.3 注水泵是集输站库重点设备，DCS系统根据监测注水泵三相电流以判断设备是否正常运行；通过测量注水干线压力，设定压力目标值，实现DCS系统对注水泵的PID变频控制。
4. TiSNet-XDC800系统的应用效果
4.1 提高原油、污水处理的工艺水平。
原油集输站处理工艺复杂，各种压力容器、储罐、泵、阀门等均24小时不间断运行，各环节对温度、压力、流量等有严格的控制标准。以往完全依赖人工巡检和手工控制，操作难度大，生产工艺稳定性差，波动大，能源消耗（油、水、电）存在浪费现象。DCS系统改造完成后，人员在中控室实时掌握生产各环节动态，及时进行各项操作，确保设备和流程平稳运行在最佳状态。同时实现了岗位间的数据共享，便于生产协调管理，节约能源明显，提高了原油、污水处理的工艺水平。
4.2 提高安全生产管理水平。
..按照岗位巡检制度，当班工人每两小时巡检一次，因集输站占地面积大，两次巡检之间，距离值班室较远处若生产环节异常或设备故障变化，可能无法及时发现，安全预警不足。DCS系统通过设置报警参数，监测点超限时，中控室内操作台声光报警并形成报警记录，值班人员实时掌握报警情况，能够及时启动生产应急预案，确保生产正常运行，提高了安全生产管理水平。
4.3 降低劳动强度。
..以往集输站生产中，因为工艺流程分散，工人定时巡检点多，巡检时间长，人工录用数据存在人为因素和误差，时间滞后。集输岗实施单岗，除巡检外，当班工人还需完成各种泵启停，生产流程切换，原油外输，原油和污水取样化验等大量人力操作，劳动强度非常大。DCS系统投用后，值班人员直接浏览流程图、功能组图、报警历史、报表等信息实时掌握生产动态，通过流程图、功能组图中的热点，方便地干预控制过程，降低了工人劳动强度。
4.4 易于调试维护。
XDC800系统可视化图形软件OnXDC提供工程师工具，包括数据库工具、系统配置工具、图形方式的流程图和XCU组态及在线调试工具，系统维护工程师能以可视化的图形在线干预、组态、调试控制过程。系统集成度高，取代大量的开关、指示灯和仪表操作屏等，减少了硬件及接线，所有模块可以带电插拔，在线维修，大大缩短了故障维修时间。
4.5 运行可靠。
原油集输站24小时不间断生产，安全级别高的特点，对控制系统可靠性要求甚高。TiSNet-XDC800系统的控制器XCU冗余，连接XCU和HMI的高速网络冗余配置均采用热备用方式，故障时自动切换至热备用设备，系统具备的自诊断和修复功能，有效提高了系统的可靠性。
5. 结束语
TiSNet-XDC800控制系统，集数据采集、过程控制和生产集中管理于一体，是一个比较先进的原油、污水处理过程控制系统。系统投用以来运行良好，提高了原油、污水处理工艺水平和安全生产管理水平，降低了劳动强度，易于调试维护，运行可靠，提高了原油集输站生产自动化监测控制水平，达到了预期的效果。
参考文献
［1］ TiSNet-XDC800硬件手册...上海新华控制.2009.
［2］ XCU图形组态软件使用手册..上海新华控制.2005.
［文章编号］1006-7619（2011）04-04-314
［作者简介］ 陈敏（1978-），女，学历：（函授）本科学历，职称：工程师，曾多次担任油田各项自控系统新建、改造等相关技术工作，现任自控仪表工程师。
【关键词】系统方案；控制逻辑；应用效果
The crude oil lose the station at gather a DCS monitor control system reformation
Chen Min
(The medium petrochemical Jiangsu oil-field branch try to adopt one factory Jiangdu Jiangsu 225265)
【Abstract】This text introduction TiSNet-XDC800 the system is in the oil-field crude oil lose the station at gather the control the system the reformation of application.Change equipments adoption handicraft operation control, a great deal of craft parameter appearance manifestation, of each Gang the structure and form of the data isolated island.Significant exaltation the crude oil gather to lose station of automation measure to control level, exaltation produce efficiency and safety.
【Key words】System project;Control logic;Application effect
1. 引言
原油集输站生产工艺复杂，占地面积大，控制设备分散，生产过程中需要测量和控制的工艺参数很多。以往常采用人工采集数据，手工操作设备进行控制的落后状况。需要尽快实现“集中监测、分散控制”系统改造。方便值班人员及时掌握生产运行动态并及时实施控制，提高自动化管理水平。达到采集数据的实时性，同步性和时序性，满足工艺流程和安全生产需要。
2. 集输站工艺流程
井上来油进入三相分离器后，进行原油、污水、天然气分离，原油进入储罐，污水进入污水处理站进行处理，采用微生物接触氧化法（污水回注系统）与活性污泥法（有效注水系统）的处理模式。在污水处理系统前端设置缓冲罐，以实现后续处理装置水量和水质的平稳运行；其中一部分污水经过微生物活性污泥处理装置以及膜过滤后至有效注水系统，另外一部分污水经过微生物接触氧化处理装置以及混凝沉降系统后至污水回注系统。
3. DCS测量控制系统改造方案
3.1 系统测控内容和要求。
3.1.1 DCS测控对象包括：
油气集输系统：三相分离器，三相分离器出油、出水、出气阀组，原油储罐、可燃气体报警仪等5个单体，测控点达17个。
污水处理系统：缓冲罐，污油罐，污水池、注水罐、注水干线、注水泵、污水回收泵、喂水泵等13个单体，测控点达20个。
3.1.2 与其它独立控制系统之间的联接。
污水处理流程中的微生物反应池采用基于Wincc的SIEMENSS7-300系列PLC控制，DCS系统采集PLC数据，进行实时监测。
3.2 采用系统硬件。
.根据现场生产管理要求，选用TiSNet-XDC800控制系统，用于集输站生产过程控制。
集输站库的中控室配置1个TiSNet-XDC800控制柜，一台工程师站和一台操作员站，中控室附近的集输岗控制室配置另一台操作员站。中控室配置UPS电源，系统的控制器XCU、通讯网络、现场I／O、人机接口HMI站、电源等均采用1:1冗余，确保系统可靠性，满足安全生产要求。
3.3 系统软件。
OnXDC是TiSNet系统中运行在人机接口站（HMI）上和控制器（XCU)的软件包。包括xHMI人机界面可视化图形组态软件和XCU图形组态化编程软件。xHMI具有强大的图像显示功能和方便、直观、可视化的图形生成功能。
OnXDC采用统一的分布式实时数据库，网络共享，不需要单独配置服务器。OnXDC和控制器XCU采用整体设计，整个系统的协调性好。视窗架构的人机界面，方便工作人员读取和操作。专业化的嵌入式算法模块，工程师对控制程序的修改无需编译和再次下装，在线修改时能确保连续生产。
3.4 控制逻辑。
集输岗两台三相分离器是重点监控的压力容器（见图1），分离器的油液位、水液位、气压，通过控制各路出口管线上的气动薄膜调节阀开度，达到生产要求的目标值，一直采取调节器小闭环PID控制。现将液位和压力的测量信号通过I/O模块接入系统机柜，编写组态（见图3），系统实现各回路的PID控制。
以1#三相分离器油液位PID控制为例：井上来油不断进入分离器，差压变送器测量分离器油液位，与设定的液位目标值比较，若实际值高于目标值，分离器出油管线上的气动薄膜调节阀开度加大，增加分离器出油流量，分离器油液位下降到目标值；当液位实际值低于目标值，则气动薄膜调节阀减小开度，减少分离器出油流量，液位上升到目标值。同理，实现分离器水液位和气压控制PID控制。
图1 油气集输系统监控界面
图2 微生物反应池监控界面
3.5 其它设备信号接入。
3.5.1 集输岗原油储罐磁致液位仪信号通过XCC-485通讯模块接入系统，DCS系统采集到原油罐液位，实现原油产量和温度监测。
集输岗控制室内4路可燃气体报警仪接入DCS系统的DI模块，当任何1路气体浓度超标，报警仪声光报警同时，中控室内DCS系统同步声光报警，以方便组织人员迅速进行处理。
图3 1#三相分离器油液位调节组态
3.5.2 注水岗微生物反应池采用基于Wincc的SIEMENSS7-300系列PLC控制，控制信息通过XCC-485通讯模块接入DCS系统，实现系统对微生物反应池的监测。（见图2）
3.5.3 注水泵是集输站库重点设备，DCS系统根据监测注水泵三相电流以判断设备是否正常运行；通过测量注水干线压力，设定压力目标值，实现DCS系统对注水泵的PID变频控制。
4. TiSNet-XDC800系统的应用效果
4.1 提高原油、污水处理的工艺水平。
原油集输站处理工艺复杂，各种压力容器、储罐、泵、阀门等均24小时不间断运行，各环节对温度、压力、流量等有严格的控制标准。以往完全依赖人工巡检和手工控制，操作难度大，生产工艺稳定性差，波动大，能源消耗（油、水、电）存在浪费现象。DCS系统改造完成后，人员在中控室实时掌握生产各环节动态，及时进行各项操作，确保设备和流程平稳运行在最佳状态。同时实现了岗位间的数据共享，便于生产协调管理，节约能源明显，提高了原油、污水处理的工艺水平。
4.2 提高安全生产管理水平。
..按照岗位巡检制度，当班工人每两小时巡检一次，因集输站占地面积大，两次巡检之间，距离值班室较远处若生产环节异常或设备故障变化，可能无法及时发现，安全预警不足。DCS系统通过设置报警参数，监测点超限时，中控室内操作台声光报警并形成报警记录，值班人员实时掌握报警情况，能够及时启动生产应急预案，确保生产正常运行，提高了安全生产管理水平。
4.3 降低劳动强度。
..以往集输站生产中，因为工艺流程分散，工人定时巡检点多，巡检时间长，人工录用数据存在人为因素和误差，时间滞后。集输岗实施单岗，除巡检外，当班工人还需完成各种泵启停，生产流程切换，原油外输，原油和污水取样化验等大量人力操作，劳动强度非常大。DCS系统投用后，值班人员直接浏览流程图、功能组图、报警历史、报表等信息实时掌握生产动态，通过流程图、功能组图中的热点，方便地干预控制过程，降低了工人劳动强度。
4.4 易于调试维护。
XDC800系统可视化图形软件OnXDC提供工程师工具，包括数据库工具、系统配置工具、图形方式的流程图和XCU组态及在线调试工具，系统维护工程师能以可视化的图形在线干预、组态、调试控制过程。系统集成度高，取代大量的开关、指示灯和仪表操作屏等，减少了硬件及接线，所有模块可以带电插拔，在线维修，大大缩短了故障维修时间。
4.5 运行可靠。
原油集输站24小时不间断生产，安全级别高的特点，对控制系统可靠性要求甚高。TiSNet-XDC800系统的控制器XCU冗余，连接XCU和HMI的高速网络冗余配置均采用热备用方式，故障时自动切换至热备用设备，系统具备的自诊断和修复功能，有效提高了系统的可靠性。
5. 结束语
TiSNet-XDC800控制系统，集数据采集、过程控制和生产集中管理于一体，是一个比较先进的原油、污水处理过程控制系统。系统投用以来运行良好，提高了原油、污水处理工艺水平和安全生产管理水平，降低了劳动强度，易于调试维护，运行可靠，提高了原油集输站生产自动化监测控制水平，达到了预期的效果。
参考文献
［1］ TiSNet-XDC800硬件手册...上海新华控制.2009.
［2］ XCU图形组态软件使用手册..上海新华控制.2005.
［文章编号］1006-7619（2011）04-04-314
［作者简介］ 陈敏（1978-），女，学历：（函授）本科学历，职称：工程师，曾多次担任油田各项自控系统新建、改造等相关技术工作，现任自控仪表工程师。