PAC8000系統在天然氣輸送中的應用

中國石油西南油氣田新建納溪-安邊輸氣管道工程包含納溪西、怡樂、王家橋和福溪輸氣站，承擔了接收就近氣礦來氣和為當地市政和工廠生產供氣的任務。輸氣站站控系統要求采集各個輸氣管線的溫度、壓力、差壓信號進行流量計算，同時可遠程控制閥門和根據壓力調整閥門開度。各輸氣站站控系統由站控計算機和PLC控制站組成，實現對站場工藝參數與設備運行狀況進行數據采集、監視、控制和流量計算等功能，同時實現過程顯示、參數設定和生產報表功能。

PAC8000系統的硬件設計可以達到防爆2區直接安裝，工作溫度在-40~70攝氏度之間，G3防腐認證。同時，PAC8000系統可以嚴格按照GB/T21446-2008標準要求，根據管道和孔板參數、氣體組分、靜壓、差壓和溫度參數計算天然氣瞬時流量和累積量等計量數據，同時提供儀表檢定、孔板清洗、時間校準、數據記錄、操作記錄等功能，流量計量精度可達到萬分之五。

1. 系統構成

由于整個系統采用了統一的硬件平臺，所以所有的控制單元均可以接入同一個網絡，簡化了系統結構。系統結構如圖1所示。

整個系統中PLC部分主要負責輸氣站參數采集、流量計算和設備控制功能，其中控制器、電源和網絡采用冗余配置。所有現場信號經浪涌保護器隔離后接入IO模塊，控制器將采集到的信號進行數據處理并通過以太網通訊傳遞至站控計算機，控制器內提供標準的IEC61131-3編程語言實現具體的控制要求如閥門控制、PID調節等，控制器同時提供2對冗余的RS485接口，可實現與第三方設備之間的冗余串行通訊。流量計量模塊按照GB2008標準實現4路天然氣管路流量計量功能，同時提供冗余的以太網接口將計量結果上傳至站控計算機進行顯示、記錄和報表功能。

1.1控制站

根據裝置生產的特點和控制要求，站控PLC部分控制器選擇了冗余的PAC8000 邏輯控制器，該控制器具有高度靈活的數據采集輸入輸出和控制功能，可實現常規控制、邏輯控制和順序控制。控制器均采用IBM PowerPC 266MHz 32位微處理器 ，25M 內存，雙以太網和雙串行通訊接口，支持API、現場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現冗余配置，可直接安裝在危險2 區，滿足G3防腐認證要求。一個控制器最多可安裝64 個I/O 模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。

冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數據，同步執行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現無擾動切換。

1.2 IO模塊

PAC8000系統的電源、控制器和I/O 模塊可以直接安裝危險2 區，部分I/O 模塊內置本質安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監測以及LED 指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D 轉換分辨率達到16 位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12 位，能夠對現場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。IO 卡件具備最快20ms 模擬量調節功能，10ms 數字量控制功能和1msSOE 控制功能。

1.3 流量計量單元

流量計量單元屬于PAC8000系統中的特殊模塊，可同時實現最多8路的天然氣流量計量功能。流量計量單元的所有參數和計算結果均可以通過以太網直接上傳至操作站HMI軟件顯示，同時也可以從操作站修改天然氣計量參數和組分參數。PC8流量計量模塊建立在GE公司的工業計算機基礎之上，采用Intel Celeron M處理器，主頻可達1.5GHz，1M內存和320G存儲空間。PC8模塊同時提供2個冗余的百兆以太網接口，4個串行通訊接口，可提供4個IO模塊接口。供電方式為工業24V直流供電，工作溫度在0~50攝氏度之間，平均無故障時間76000小時，為滿足ROHS、CE、UL等國際標準要求。PC8通訊模塊支持導軌與平板安裝兩種方式。

PC8流量計量模塊可支持4到8個天然氣管線的流量計量要求，與PLC、RTU等控制系統配套使用時，可實現流量計量的冗余功能。即正常情況下采用PC8流量計量模塊實現精確的流量計量，如果計量模塊出現硬件故障或通訊故障，計量功能則切換至其他流量計量模塊、PLC或RTU實現，這種方式可最大限度的減少計量誤差，提高流量計量的可用性。

2. 系統畫面和報表

站控計算機通過以太網采集控制站和硫量計算模塊的數據，可實現對現場設備的控制以及計量參數的設置，同時提供報警、數據記錄、歷史趨勢以及報表功能，具體畫面如下圖所示。

3. 結論

西南油氣田新建怡樂、王家橋、福溪、納溪西輸氣站采用GE公司PAC8000控制平臺實現了站控和天然氣流量計量，PAC8000系統的高易用性大大縮減了項目實施和調試周期，同時提供了功能豐富和完善的流量計量系統，系統維護和操作更為簡便，為站控系統的長周期可靠運行提供良好的基礎。

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