SCADA控制系統在原油直接式加熱爐控制中的應用

李建軍

(中石化管道儲運公司,江蘇徐州221008)

SCADA控制系統在原油直接式加熱爐控制中的應用

李建軍

(中石化管道儲運公司,江蘇徐州221008)

著重介紹SCADA系統在加熱爐區控制中解決的問題和實現的功能,實現多臺加熱爐的自動控制,提高了泵站的生產和運行管理的安全性和可靠性,確保輸油泵站安全平穩的輸油生產。

SCADA系統;氧量控制;干擾;輸油生產

Abstract:The solved problems and realized functions by application of SCADA system to heating furnaces is introduced,i.e.,the successful auto-control of several heating furnaces,enhanced security and reliability in operation and management,which ensure the safety and efficiency in production of petroleum transportation to pumping stations.

Key words:SCADA system;control of oxygen quantity;production of petroleum transportation;disturbance

魯寧輸油管線是中石化管道儲運公司所轄的輸油管網最為重要的輸油管道,也是保證勝利油田和沿江煉化企業平穩生產的一條生命線。臨邑站作為魯寧線的輸油首站,承擔重要的熱力負荷,加熱爐區共有6臺加熱爐,采用 SCADA系統完成爐區的數據采集和監控,實現系統自動化控制,達到安全、平穩、高效輸油的生產目標。

1 硬件結構

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統是集數據采集、監視、控制為一體的自動化控制系統[1]。通過下位機(PLC)系統完成分布式的數據采集和控制功能,再通過上位機 HMI(Human Machine Interface人機界面)系統完成數據處理和顯示功能,通過下位機和上位機的有機結合,以達到控制加熱爐操作的目的。臨邑站爐區SCADA系統由上位機系統、下位機系統、通訊設備、外圍檢測儀表及執行機構系統組成,下位機安裝在加熱爐現場控制柜內,通訊用交換機和上位機安裝在加熱爐監控中心,系統硬件結構如圖1。

2 軟件結構

系統軟件由上位機軟件和下位機軟件2大部分組成。

下位機軟件由通訊軟件RSlinx、下位編程軟件RSLogix500和下位應用軟件構成。根據加熱爐運行的工藝需要,采用模塊化編程思想,編制了加熱爐梯形圖程序,即主程序和參數采集、啟停爐、吹灰、爐膛負壓調節、負荷調節等子程序,程序掃描周期＜0.9 ms/k。

上位機軟件包括 WIN2000、CITECT5.42工控組態軟件和上位應用軟件3部分。本系統上位應用軟件選用澳大利亞 CiT公司的 CitectVer 5.42 SCADA(500點)組態軟件進行二次開發而成,通過本系統實現數據采集與顯示、過程控制、報警管理、報表打印、曲線分析存儲等多項任務。筆者利用Citect開發參數表、啟停爐、溫度曲線、壓力曲線、日報表、報警總覽、操作記錄、爐區流程等畫面功能。

圖1 加熱爐監控系統硬件結構

3 技術問題

3.1 氧量控制

加熱爐燃燒排煙中含氧量是隨著加熱爐負荷的變化而變化,但是由于爐本體的漏風及空氣、燃料油檢測的誤差而偏離了理想的比例,因此需要加以修正。在實際應用中,通過技術工人手工調節,可以在某一時刻使加熱爐燃燒達到最佳狀態,但是要想長期連續地保持加熱爐高效率就很困難了。為了保證加熱爐連續穩定燃燒,采用氧化鋯氧量計來監測煙氣中的含氧量。根據測量的含氧量,在氧量控制回路中對燃燒中的風油比進行修正,實現加熱爐在低空氣過剩系數下燃燒,達到優化燃燒和加熱爐高效運行的目的。

3.2 控制系統抗干擾問題

電源線和傳輸線會影響PLC和現場儀表的工作。因此,采取以下措施解決系統干擾問題[2]。

a) 供給PLC及各種儀表的交流電源加數字參數電源,穩定電源電壓,抑制共模干擾。

b) 輸入輸出信號電纜采用屏蔽電纜(注意:屏蔽電纜的屏蔽線一端接地),并要和電力電纜分開敷設。

c) PLC及儀表要有獨立的接地線,儀表用電纜全部采用屏蔽線,并且屏蔽層單端接地;接地電阻＜4Ω。

d) PLC可編程控制器I/0輸入輸出模板設置光電隔離,有效防止外部干擾信號串入系統。

e) 上位機和弱電部分供電采用在線式500 VA UPS,既凈化了供電電源,又可保證上位機不會因為突然掉電而丟失數據。

3.3 網絡問題

在實際搭配時,經常有用戶根據自己工藝需要或控制室面積所限,提出用1臺上位機控制多臺下位機或者1臺下位機連接多臺上位機的要求。這實際上是一個網絡結構問題。目前的許多組態軟件都可以在基于以太網絡結構和TCP/IP網絡協議的網上運行,使系統能夠實現上、下位機以及與SCADA系統連網。TCP/IP網絡協議提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網絡上進行通訊的能力。1臺PC機通過 TCP/IP協議可以和多個遠程計算機進行通訊,構成遠程監控系統。

另一問題是把PLC放置到現場控制柜內,解決周圍環境對PLC的影響,采取措施避開多塵、油煙、腐蝕性氣體、振動、熱源和潮濕的地方。解決上下位機遠程通訊問題,實現PLC在現場控制柜內能正常工作。

3.4 吹灰系統 除塵系統與SCADA系統融為一體

由以前獨立的吹灰器、吹灰器控制器與儲氣罐、空壓機、除塵系統等組成一個吹灰除塵一體化系統,通過PLC的開關量輸出、中間繼電器(24 V)來控制6個吹灰控制器,實現加熱爐系統吹灰除塵一體化系統由現場改為室內控制,達到吹灰除塵一體化系統與SCADA系統融為一體的目的。

4 實現功能

4.1 加熱爐原油出爐溫度的控制

加熱爐運行中出爐溫度過高,浪費了可觀的燃料油,出爐溫度過低,管道中的原油有可能凝結,影響輸油生產。為保證加熱爐出口溫度的穩定,本SCADA系統采用原油出口溫度單回路PID控制調節,保證系統能承受擾動的影響,在調節能力范圍內使原油出口溫度指示值按規定程序變化,始終穩定在設定值附近(±2℃),通過修改 PID函數中的P(比例)、Ti(積分)、Td(微分)及其他相關參數 ,控制加熱爐燃油量和助燃風量的消耗,使加熱爐保持最優空燃比,既保證了加熱爐的低氧高效燃燒,也實現了加熱爐原油出爐溫度控制。

4.2 顯示功能

應用SCADA系統,實現了加熱爐的原油進出爐溫度、原油進出爐壓力、爐膛溫度、排煙溫度、燃油罐液位、燃油罐溫度、燃油溫度、燃油壓力、燃油來油流量、燃油回油流量、電動閥開度、設備運行狀態、設備故障狀態等爐區工藝參數的顯示、低限報警、歷史曲線的顯示和參數量程時間的設置及查詢,有效地幫助用戶分析參數的趨勢。同時實現加熱爐爐區的工藝流程、模擬實際的閥門、管線等工藝參數值實時地顯示在相應的工藝位置附近的動態效果,使用戶可以俯瞰加熱爐區的全貌。

4.3 加熱爐的現場/遠程控制[3-5]

應用SCADA系統,實現了加熱爐的現場/遠程啟爐、停爐、吹灰、出爐溫度調節、煙道擋板開度、加熱爐進出口電動閥的開度控制。當在現場操作時,只需將加熱爐現場的電動閥或爐前儀表柜內的相應開關、手操器撥到手動位置即可;當在遠程操作時,需先將加熱爐現場的電動閥或爐前儀表柜內的相應開關、手操器撥到遠程位置,然后在控制中心用計算機上相應的控制界面操作即可,現場/遠程的操作均可做到無擾動切換。

4.4 事故追憶

通過SCADA系統的應用,可以實現對實時歷史數據記錄和查詢的準確和高效的判斷。本系統通過對存儲在硬盤上的報警記錄、操作記錄和歷史曲線、實時曲線的查詢,可以在發生事故時能快速地找到事故的原因,并找到恢復生產的最佳方法。

4.5 系統聯鎖保護功能

應用SCADA系統,實現爐膛滅火自動順序停爐、原油出爐溫度超高報警停爐、排煙溫度超高報警停爐、爐膛溫度超高報警停爐、風機故障停機自動停爐等5項安全聯鎖保護功能。

4.6 網絡功能

系統網絡采用以太網實現了上位主機、上位熱備機、6臺加熱爐PLC數據通信、資源共享、系統的升級、擴容以及與更上一級站控系統的數據通訊,實現集中控制和操作。

5 結論

1) SCADA控制系統在魯寧線、儀長線和天津一體化等加熱爐區已運行了幾年,狀況良好,性能可靠,加熱爐效率達90%左右。

2) 各種保護系統靈活準確,安全系數高,改善了職工工作條件,減輕了勞動強度,提高了勞動生產率,提高了泵站生產和運行管理的安全性和可靠性,保證了各輸油泵站安全平穩的輸油生產。

3) SCADA系統達到了技術先進、運行穩定、升級和操作快捷方便及無人值守的功能;優化了空燃比,保證燃燒器燃燒充分,節約了燃料油,降低了加熱爐的運行成本,有利于環境保護,節約了環保費用的支出,可帶來可觀的社會和經濟效益。

[1] 吳九輔,吳 盡,李化龍.現場總線在油田注水監控系統中的應用研究[J].石油礦場機械,2008,37(7):27-29.

[2] 王立萍,吳黎明.單片機系統的抗干擾問題研究[J].石油礦場機械,2006,35(5):35-38.

[3] 王德玉,李才良,徐建平,等.計算機控制在井控系統中的應用[J].石油礦場機械,2007,36(1):52-55.

[4] 劉智勇,丁 亮,馬玉華,等.天然氣整體撬裝加熱爐的研發與應用[J].石油礦場機械,2008,37(6):99-101.

[5] 鐘 文,朱世飛,曹崇輝.油套管生產線測控與管理系統[J].石油礦場機械,2008,37(2):43-45.

Application of SCADA System in Controlling In Direct Crude Oil Heating Furnaces

LI Jian-jun
(SINOPEC Pipeline Storage&Transportation Corporation,Xuzhou221008,China)

TE936

B

1001-3482(2010)08-0091-03

2010-01-15

李建軍(1961-),男,甘肅敦煌人,工程師,1988年畢業于石油管道學院,主要從事石油儲備油庫的管理工作。