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【摘要】天然气的处理属于能源行业较为重要的工序，其处理装置控制系统的稳定性及安全性直接关系到天然气处理工艺的最终效果。传统的天然气处理装置控制系统存在着许多缺陷，如功能不够全面、组态受到较多限制等，而集散控制系统的出现则为解决该类问题提供了新的思路。本文简单分析了某天然气处理装置控制系统的现状及出现的问题、新型系统优势、升级方案的制定、新型系统的组成及其优势所在，为从事该行业的人员提供一定的参考与借鉴。
【关键词】集散控制系统 天然气处理装置 应用 分析
随着我国经济的发展，对于能源的需求量逐步提高。天然气作为能源行业较为重要的组成部分，其对于天然气处理直接关系到产品质量及使用效果。天然气处理装置的有效控制是天然气质量的基本保障。传统的天然气处理装置存在一定的缺陷与不足之处，如负荷大失误率较高、功能不够全面、组态受到较多限制等，需要进行升级改革。现代智能技术的提高及信息技术的普及，为天然气处理装置控制器的升级提供了强大的技术支持，新型的集散控制系统应用于天然气处理装置中，不仅能够解决传统系统中出现的各种问题，还能够保障系统安全、稳定的运行，提高系统可靠性，对天然气处理质量有着极为重要的意义，因此对该类系统的分析与研究是十分有必要的[1]。
1 原有系统的现状
某油田的天然气处理装置采用的是RS3-DCS自动控制系统，其基本构成包括工程师站和操作站构建的控制器、各种I/O模块及接线端子板，其对于该装置的整个生产过程的各个方面进行监控及保护，如紧急关断控制、火气探测、消防系统控制等，由于其构成及性质的特殊性，使之存在一定功能上的缺陷及不足之处，即错误率高、组态受到较多限制及功能不全面，具体内容如下：①错误率高：科学技术的提高，天然气处理装置的工艺也随着时代的进步而与时俱进，规模也得到了扩大，程序及内容在备份时容易出现失误或者在冗余控制卡切换时容易出现数据丢失的情况，导致运行的可靠性及稳定性降低，直接威胁到运行的安全性[2]；②组态受到较多限制：如果该系统处于离线状态，则无法完成逻辑测试的过程，而控制卡之间的变量是有严格限制的，控制卡之间连接一般为80条，因此组态中的变量引用不够简便，组态的限制也较大；③功能不全面 操作站实现对DCS进行数据上传是依靠其NetDDE功能实现的，但是其内部具备Web数据发布功能，而现场生产却需要使用该项功能，因此其无法满足生产的发展需求。另外，其不具备自动计算天然气孔板流量系数及普通温差补偿公式的功能，而需要通过人工计算的方式实现，提高了错误及误差的概率，计算的准确度也不理想，无法得出精准的结果[3]。
2 升级方案
对于原有系统及天然气处理装置的性质、特点、运行方式进行详细、全面的分析，再结合当前系统控制技术，决定对其进行升级改造，将 DeltaV系统应用于天然气处理装置中，具体情况如下：
2.1 新控制系统的优点
DeltaV系统属于对现场总线功能兼容度良好、安全性高的控制系统，其相较一般的控制系统具有以下几点：
（1）强大的冗余功能：该系统不仅能够解决传统控制系统的诸多问题，还具有使用简便、日常维护方便、规模变化灵活、信息集成、用户界面集成等特点，且其冗余功能也较为强大，包括电源、通信网络、控制器、I/O模块等；
（2）性能良好：最大规格的MD PLUS控制器为48 MB，CPU的资源占用比例有了明显的降低，控制策略的功能得到强化，并能够对控制网络构成的各个节点发送现场设备的智能HART信息；
（3）VIM虚拟模块：其是专门与DeltaV系统相搭配的模块，有虚拟I/O模块和虚拟I/ O模块网关构成，其功能也有所区别，虚拟模块的功能是仿真DeltaV I/O卡件及现场总线接口卡件，而虚拟I/O模块网关的作用则是提供Modbus TCP/IP或Ethernet/IP通信功能[4]。
2.2 系统升级的主要原则及方式
在对原有系统进行升级时，应遵循理论结合实际及控制成本的原则，尽量利用已有的设备进行改造，减少其它投入，并制定合理升级方案减少对于生产的影响，控制系统升级的成本，进而逐渐达到就控制系统运行安全性高、稳定可靠、功能完善齐全的目标，也为生产管理模式向管控一体化的转变提供了技术支持。具体升级方式为先应用DeltaV更为先进可靠的冗余控制器及冗余RS3 I/O接口模块将RS3系统的ControlFile控制器替换掉，再在尽量保留RS3 I/O模块的前提下，对于原系统中不可保留的部分，则需要换成DeltaV I/O模块，该方式对生产的影响较小，且能够最大限度的控制升级成本，也降低了升级任务的工作量[5]。
2.3 新型系统构成
DeltaV系统主要构成包括三个部分，即为工作站、通信网络、控制站，其中工作站、通信网络及少部分的I/O卡件属于新系统中分局需要而另外添置的设施，每个构成部分的功能均匀性有所区别，具体内容如下：
（1）工作站：工作站一般配置了三台操作员站，三台操作员站中还包括了一台工程师站，将其作为一般的操作站；配置的网络服务器的作用在于对系统进行有效的管理、组态、对运行过程进行监督，还可以将工厂管理的网络数据与控制系统进行信息通信，并在Web技术的支持下进行远程浏览；
（2）控制站：控制站的构成部件包括高性能的冗余MD控制器、DeltaV I/O卡件、冗余DeltaV for RS3 I/O接口模块以及保留原有系统的RS3 I/O模块，MD控制器在底板的作用下与I/O卡件相连，其主要功能在于，利用DeltaV系统构建的控制计划及系统组态，控制网络的各个节点直接与现场设备之间的信息沟通；
（3）RS3 I/O接口模块：新系统中保留了原有系统的FlexTerm及MultiPoint I/O模块，而DeltaV I/O模块则代替了原有系统中的Mux I/O及PLC模块。RS3 I/O接口模块与ControlFile的串行通讯协议具有较好的兼容度，其主要功能是将原有的ControlFile控制器升级为DeltaV系统的MD控制器，并能够自由控制或支配RS3FlexTerm and MultiPoint I/O子系统。
3 总结
相对传统的天然气处理装置的控制系统，引进先进的控制系统，升级原有系统，能够直接解决许多问题，且安全性佳，稳定性也更好，能够有效保障天然气处理装置的安全运行。上述文中选取了较为典型的DeltaV系统进行详细的说明，全面分析了该系统的构成、优点，包括实用性、先进性及可靠性等，提高天然气处理装置控制的自动化程度及运行的可靠性。而在实际的生产中，管理者需要对天然气处理装置的构成、特点、运行进行全面分析，在整体上做到很好的把握后，再制定出符合具体情况的控制系统的升级方案，保障控制系统在实际中的适应性及可靠性，最终达到管控一体化的目的。
参考文献
[1] 韦统传.CENTUM-CS3000控制系统在扎那诺尔油气处理新厂的应用[J].石油规划设计.2009，20（02）：43-45
[2] 杨春林.APACS分散控制系统在天然气处理装置的应用[J].益阳职业技术学院学报.2008（03）：53-55
[3] 范印帅.天然气深冷处理装置在大庆油田的应用[J].油气田地面工程.2010（06）：55-56
[4] 张红星，布仁巴雅尔，黄勤国，王红.超纯烃溶剂清洗分散控制系统的实践[J].清洗世界.2009，25（06）：4-7
[5] 陈伟，张瑞.分散控制系统故障分析[J].山东煤炭科技.2010（03）：162-164
【关键词】集散控制系统 天然气处理装置 应用 分析
随着我国经济的发展，对于能源的需求量逐步提高。天然气作为能源行业较为重要的组成部分，其对于天然气处理直接关系到产品质量及使用效果。天然气处理装置的有效控制是天然气质量的基本保障。传统的天然气处理装置存在一定的缺陷与不足之处，如负荷大失误率较高、功能不够全面、组态受到较多限制等，需要进行升级改革。现代智能技术的提高及信息技术的普及，为天然气处理装置控制器的升级提供了强大的技术支持，新型的集散控制系统应用于天然气处理装置中，不仅能够解决传统系统中出现的各种问题，还能够保障系统安全、稳定的运行，提高系统可靠性，对天然气处理质量有着极为重要的意义，因此对该类系统的分析与研究是十分有必要的[1]。
1 原有系统的现状
某油田的天然气处理装置采用的是RS3-DCS自动控制系统，其基本构成包括工程师站和操作站构建的控制器、各种I/O模块及接线端子板，其对于该装置的整个生产过程的各个方面进行监控及保护，如紧急关断控制、火气探测、消防系统控制等，由于其构成及性质的特殊性，使之存在一定功能上的缺陷及不足之处，即错误率高、组态受到较多限制及功能不全面，具体内容如下：①错误率高：科学技术的提高，天然气处理装置的工艺也随着时代的进步而与时俱进，规模也得到了扩大，程序及内容在备份时容易出现失误或者在冗余控制卡切换时容易出现数据丢失的情况，导致运行的可靠性及稳定性降低，直接威胁到运行的安全性[2]；②组态受到较多限制：如果该系统处于离线状态，则无法完成逻辑测试的过程，而控制卡之间的变量是有严格限制的，控制卡之间连接一般为80条，因此组态中的变量引用不够简便，组态的限制也较大；③功能不全面 操作站实现对DCS进行数据上传是依靠其NetDDE功能实现的，但是其内部具备Web数据发布功能，而现场生产却需要使用该项功能，因此其无法满足生产的发展需求。另外，其不具备自动计算天然气孔板流量系数及普通温差补偿公式的功能，而需要通过人工计算的方式实现，提高了错误及误差的概率，计算的准确度也不理想，无法得出精准的结果[3]。
2 升级方案
对于原有系统及天然气处理装置的性质、特点、运行方式进行详细、全面的分析，再结合当前系统控制技术，决定对其进行升级改造，将 DeltaV系统应用于天然气处理装置中，具体情况如下：
2.1 新控制系统的优点
DeltaV系统属于对现场总线功能兼容度良好、安全性高的控制系统，其相较一般的控制系统具有以下几点：
（1）强大的冗余功能：该系统不仅能够解决传统控制系统的诸多问题，还具有使用简便、日常维护方便、规模变化灵活、信息集成、用户界面集成等特点，且其冗余功能也较为强大，包括电源、通信网络、控制器、I/O模块等；
（2）性能良好：最大规格的MD PLUS控制器为48 MB，CPU的资源占用比例有了明显的降低，控制策略的功能得到强化，并能够对控制网络构成的各个节点发送现场设备的智能HART信息；
（3）VIM虚拟模块：其是专门与DeltaV系统相搭配的模块，有虚拟I/O模块和虚拟I/ O模块网关构成，其功能也有所区别，虚拟模块的功能是仿真DeltaV I/O卡件及现场总线接口卡件，而虚拟I/O模块网关的作用则是提供Modbus TCP/IP或Ethernet/IP通信功能[4]。
2.2 系统升级的主要原则及方式
在对原有系统进行升级时，应遵循理论结合实际及控制成本的原则，尽量利用已有的设备进行改造，减少其它投入，并制定合理升级方案减少对于生产的影响，控制系统升级的成本，进而逐渐达到就控制系统运行安全性高、稳定可靠、功能完善齐全的目标，也为生产管理模式向管控一体化的转变提供了技术支持。具体升级方式为先应用DeltaV更为先进可靠的冗余控制器及冗余RS3 I/O接口模块将RS3系统的ControlFile控制器替换掉，再在尽量保留RS3 I/O模块的前提下，对于原系统中不可保留的部分，则需要换成DeltaV I/O模块，该方式对生产的影响较小，且能够最大限度的控制升级成本，也降低了升级任务的工作量[5]。
2.3 新型系统构成
DeltaV系统主要构成包括三个部分，即为工作站、通信网络、控制站，其中工作站、通信网络及少部分的I/O卡件属于新系统中分局需要而另外添置的设施，每个构成部分的功能均匀性有所区别，具体内容如下：
（1）工作站：工作站一般配置了三台操作员站，三台操作员站中还包括了一台工程师站，将其作为一般的操作站；配置的网络服务器的作用在于对系统进行有效的管理、组态、对运行过程进行监督，还可以将工厂管理的网络数据与控制系统进行信息通信，并在Web技术的支持下进行远程浏览；
（2）控制站：控制站的构成部件包括高性能的冗余MD控制器、DeltaV I/O卡件、冗余DeltaV for RS3 I/O接口模块以及保留原有系统的RS3 I/O模块，MD控制器在底板的作用下与I/O卡件相连，其主要功能在于，利用DeltaV系统构建的控制计划及系统组态，控制网络的各个节点直接与现场设备之间的信息沟通；
（3）RS3 I/O接口模块：新系统中保留了原有系统的FlexTerm及MultiPoint I/O模块，而DeltaV I/O模块则代替了原有系统中的Mux I/O及PLC模块。RS3 I/O接口模块与ControlFile的串行通讯协议具有较好的兼容度，其主要功能是将原有的ControlFile控制器升级为DeltaV系统的MD控制器，并能够自由控制或支配RS3FlexTerm and MultiPoint I/O子系统。
3 总结
相对传统的天然气处理装置的控制系统，引进先进的控制系统，升级原有系统，能够直接解决许多问题，且安全性佳，稳定性也更好，能够有效保障天然气处理装置的安全运行。上述文中选取了较为典型的DeltaV系统进行详细的说明，全面分析了该系统的构成、优点，包括实用性、先进性及可靠性等，提高天然气处理装置控制的自动化程度及运行的可靠性。而在实际的生产中，管理者需要对天然气处理装置的构成、特点、运行进行全面分析，在整体上做到很好的把握后，再制定出符合具体情况的控制系统的升级方案，保障控制系统在实际中的适应性及可靠性，最终达到管控一体化的目的。
参考文献
[1] 韦统传.CENTUM-CS3000控制系统在扎那诺尔油气处理新厂的应用[J].石油规划设计.2009，20（02）：43-45
[2] 杨春林.APACS分散控制系统在天然气处理装置的应用[J].益阳职业技术学院学报.2008（03）：53-55
[3] 范印帅.天然气深冷处理装置在大庆油田的应用[J].油气田地面工程.2010（06）：55-56
[4] 张红星，布仁巴雅尔，黄勤国，王红.超纯烃溶剂清洗分散控制系统的实践[J].清洗世界.2009，25（06）：4-7
[5] 陈伟，张瑞.分散控制系统故障分析[J].山东煤炭科技.2010（03）：162-164