集散控制系統在富民聯合站的應用實踐

【摘 要】本文針對富民聯合站以污代清工程中站控系統升級改造所采用的DCS－TiSNet系統在富民聯合站的應用情況，就該系統的構成及配置、軟硬件組成以及功能進行分析描述，為油田推廣升級站控系統提供一定的參考依據。

【關鍵詞】以污代清；TiSNet系統；升級；依據

Practice of the distributed control system in enriching the joint station

Jiang Kai

(Oilfield Construction Department of Jiangsu Petroleum Exploration Bureau Yangzhou Jiangsu 225261)

【Abstract】The application of pollution on behalf of the Qing works in the station control system upgrade for the wealthy and the joint station used by the DCS-TiSNet system in Fumin joint station on the system composition and configuration， software and hardware components as well as functional analysis and description， for the oil fieldpromotion to upgrade the station control system to provide some reference.

【Key words】To pollution on behalf of the Qing;TiSNet system;Upgrade;Basis

1. 前言

集散控制系統（DCS）是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，其基本特點是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。目前它廣泛應用于各行各業，尤其是在石油化工領域更是體現了它的高度發展水平。

江蘇油田富民聯合站原有的生產控制系統自動化程度很低，有些甚至完全靠人工控制，勞動強度大，安全風險高，生產過程不穩定。為達到站內生產裝置無人值守，控制室少人值守，提高集中監控的自動化管理水平的目的，滿足減少環境污染、保障油田可持續開發和提高油田的經濟效益的需要，以污代清工程采用集散控制系統也是企業發展的必然。

2. 功能需求

富民聯合站DCS控制系統包含工作站、CPU及I/O模塊、系統通訊網絡（節點總線及高速現場總線）、信息網絡接口設備、機柜和操作臺等，需實現如下功能：

2.1 整個站場主要生產過程的監控。基本功能是提供數據采集，過程控制，報警指示，報警記錄，生產報表打印，并為生產操作員提供操作界面。通過終端人機交換界面顯示所要求的工藝參數值，并能夠修改工藝參數的設定值。

2.2 動態模擬顯示生產流程及主要設備的運行狀態。人機界面至少包括：總站詳細流程、油氣集輸流程、污水處理流程、注水流程、熱水系統流程、參數設置、報警及事件流水記錄。

2.3 對過程控制中出現的任何非正常的狀況，系統將通過聲光報警的方式通知操作員。報警信息將通過報警打印機輸出，同時在界面上顯示，系統存檔便于查詢。

2.4 如果工藝過程超出了正常的操作狀態，控制系統能檢測出非正常的操作狀態，當工藝參數超出了軟件設定點范圍時，該狀態會觸發聲光報警以提醒操作員并執行相關聯鎖操作（如啟停泵，開關閥等）。

2.5 技術人員可通過便攜式編程設備或操作站對程序就行修改。對軟件修改的權限設定口令或鑰匙保護，以消除未獲授權人的操作。對軟件的控制邏輯和參數設定點的修改，有不同的途徑或設定多級口令。

2.6 控制系統控制器模塊、電源模塊、通訊模塊1:1冗余，能夠實現完全同步的CPU熱備冗余。

3. 系統選型

經過市場調研及不同系統集成商的比對，富民聯合站DCS系統選用了新華控制TiSNet過程控制系統，其中硬件為TiSNet-XDC800數碼控制系統，軟件為人機接口站xHMI和控制器XCU組態軟件（見圖1）。其中XDC800硬件系統由人機界面、網絡設備、分布式控制單元等硬件設備組成，TiSNet中所有數據的收集、過程控制、各種數據的運算、對被控對象的所有輸入輸出都由XCU來完成。HMI為過程監視、控制、診斷、維護、優化管理等各個方面的要求提供支持和運行界面，成為過程管理的窗口。

圖1 TiSNet體系結構

TiSNet系統由現場層、控制層、監控層和管理層構成。現場設備層是收集被控對象信息的一些模塊；控制層主要由控制器XCU構成；監控層的主要設備有操作員站，工程師站和歷史數據站等。全站工藝系統的運行管理層則是指實時監控，它承擔全站性能監視，運行優化和日常運行管理等任務。

4. 系統組建

4.1 總體方案。

整個系統采用符合開放系統國際標準的開放式環境下全分布計算機監控系統。根據工藝流程控制的要求，富民聯合站內系統需檢測和控制的信號分為:

4.1.1 污水處理及注水系統：

（1）注水泵出口干管壓力檢測，根據壓力閉環控制注水泵變頻器。

（2）1臺污水除油裝置油、水液位，裝置壓力檢測，水液位控制、高低液位、高低壓力報警。

（3）1座300立方注水罐液位檢測，高低液位報警。

（4）2座200立方緩沖罐液位檢測，高低液位報警，油層厚度檢測，厚度高限報警。

（5）污水池液位檢測，高低液位聯鎖控制污水回收泵啟停。

（6）機泵運行狀態監測。

（7）微生物處理裝置數據上傳。

（8）電參數檢測。

4.1.2 油氣集輸現場儀表：

（1）1座300立方注水罐液位檢測、高低液位報警。

（2）新建罐可燃氣體濃度監測。

（3）站內現有油氣集輸儀表控制系統信號接入。

結合系統功能需求及以上工藝流程所需要監控的參數和控制邏輯，將聯合站內DCS系統分為油氣集輸、污水處理及注水兩部分，控制機柜設在污水處理控制室，用于對兩部分進行數據采集和控制。在污水處理控制室設置2臺上位機，油氣集輸控制室設置1臺上位機，操作站的建立用來實現對以污代清生產系統的統一監控與調度管理。所有站點都以實時數據庫作為中心環節交換數據。

4.2 分散控制柜。

控制柜是系統信息處理和控制的基本單元，它由控制器XCU和各種I/O功能模件組成，實現數據采集、數據處理、回路控制和通信等功能。其內部安裝的TiSNet80系列智能IO模件是直接面向現場控制設備的模件，每塊模件上有都16位CPU及存儲器，完成現場數據的實時監測與控制輸出。根據現場數據采集和控制信號輸出點數，共安裝模擬輸入AI模件5只，模擬輸出AO模件2只，數字輸入DI模件2只，數字輸出DO模件1只。考慮系統1:1冗余，設置XCU-net控制器2臺。

4.3 HMI人機接口站。

站內設置的2臺操作站和1臺工程師站，功能包括對整個計算機監控系統的管理、數據計算和處理、數據庫管理、在線及離線計算功能，各圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理等。監控主計算機供運行值班人員使用，具有圖形顯示、數據打印、運行監視和控制功能、發操作控制命令、作定值切換、設定與變更工作方式以及語音報警等功能。

4.4 網絡結構。

XDC800網絡系統利用開放冗余的工業以太網和現場總線作為系統的通訊網絡。系統采用站內局域網通訊模式，操作站、工程師站以及控制CPU模塊均掛在以太網上，DCS控制系統通過現場總線同其他系統及各種傳感器和自動化設備等進行數據通信。

4.5 系統軟件。

OnXDC可視化圖形組態工具和軟件的易操作性，非常容易生成直觀的圖形和友好的人機界面。系統不僅具有豐富的人機界面，還提供給運行人員友善的接口，操作既方便又安全，既簡單又可靠，既發揮多窗口的特點，又滿足運行人員的習慣。

5. 系統連接

5.1 系統網絡連接。

在該DCS系統中（見圖2），傳輸實時控制數據的網絡通訊采用冗余環形以太網。

5.2 人機界面的連接。

人機界面的計算機，主要有2臺操作員站和1臺工程師站，它們之間除了必須的A、B網相連外，還有非實時的C網將它們與大屏幕顯示屏和網關等聯通（本項目預留接口）。

5.3 系統電源的連接。

為保證富民聯合站DCS系統的供電可靠性，系統電源采用UPS電源，不間斷電源的參數滿足3KVA/30min。

5.4 系統中各部件的連接。

對于XDC800系統，采用冗余的兩根以太網電纜連接冗余的XCU處理器和I/O控制站。I/O控制站內的各I/O模塊都掛在控制器下的I/O總線上。而I/O模件與端子板間的連接則通過統一的37芯電纜彼此相連。

5.5 系統與現場信號的連接。

富民聯合站DCS系統的模擬輸入AI及輸出信號AO類型主要是4～20mA標準信號，對于此類信號通過鎧裝屏蔽控制電纜傳輸，而數字輸入DI及輸出信號DO則通過普通多芯控制電纜來傳送，此外還有電參數儀表則是利用RS485總線形式通過計算機屏蔽電纜連接。

5.6 系統的接地。

根據XDC800設備廠家的技術要求，機柜外殼和邏輯地分別單獨的使用專用地線連接至接地總端子排上，然后單獨一點接入大地，接地電阻小于4歐姆。

6. 功能實現

6.1 流程畫面。

以富民油田以污代清工程污水及油氣集輸專業工藝過程設計的流程圖為藍本，運用xHMI組態軟件設計了分組流程畫面（見圖3），每幅畫面均體現畫面上參數的實時值、設備的運行狀態、系統報警信息。

圖2 富民聯合站DCS系統示意圖

圖3 油氣集輸系統

6.2 報警監視與分析。

對報警參數的采集處理和顯示管理進行了分析設計， 并引入報警分析方法。采用分布式控制系統實現重要參數的報警、原因定位。

6.3 報表打印。

對各關鍵數據進行定時打印，或按需要生成日報表，周報表及月報表。也可對超過報警值的數據和重點工位的數據打印和報警。

6.4 操作站功能。

實現了集中監視的功能。對處理過程中的各設備狀態及處理過程進行適時監視，并滿足手動操作與自動操作互換和互為閉鎖的功能。

7. 結束語

該系統經調試一次投產成功，全部指標達到設計要求，系統運行穩定可靠，操作界面簡潔直觀，用戶操作方便。實現了生產過程參數自動檢測和控制，提高了工藝自動化水平，減輕了勞動強度，取得了良好的經濟效益和社會效益。該系統設計合理，方法簡單、實用、效果顯著，其意義不僅局限于系統本身的效果，也為其它油區的站控系統升級改造起到了示范作用，對油田可持續發展具有重要的指導意義。