PAC8000系統(tǒng)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?shù)厥姓凸S生產(chǎn)供氣的任務。輸氣站站控系統(tǒng)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(jù)壓力調(diào)整閥門開度。各輸氣站站控系統(tǒng)由站控計算機和PLC控制站組成，實現(xiàn)對站場工藝參數(shù)與設備運行狀況進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和流量計算等功能，同時實現(xiàn)過程顯示、參數(shù)設定和生產(chǎn)報表功能。

PAC8000系統(tǒng)的硬件設計可以達到防爆2區(qū)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(tǒng)可以嚴格按照GB/T21446-2008標準要求，根據(jù)管道和孔板參數(shù)、氣體組分、靜壓、差壓和溫度參數(shù)計算天然氣瞬時流量和累積量等計量數(shù)據(jù)，同時提供儀表檢定、孔板清洗、時間校準、數(shù)據(jù)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(tǒng)構成

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

整個系統(tǒng)中PLC部分主要負責輸氣站參數(shù)采集、流量計算和設備控制功能，其中控制器、電源和網(wǎng)絡采用冗余配置。所有現(xiàn)場信號經(jīng)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(shù)據(jù)處理并通過以太網(wǎng)通訊傳遞至站控計算機，控制器內(nèi)提供標準的IEC61131-3編程語言實現(xiàn)具體的控制要求如閥門控制、PID調(diào)節(jié)等，控制器同時提供2對冗余的RS485接口，可實現(xiàn)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(xiàn)4路天然氣管路流量計量功能，同時提供冗余的以太網(wǎng)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(jù)裝置生產(chǎn)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(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實現(xiàn)常規(guī)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(nèi)存，雙以太網(wǎng)和雙串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險2 區(qū)，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(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監(jiān)測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現(xiàn)無擾動切換。

1.2 IO模塊

PAC8000系統(tǒng)的電源、控制器和I/O 模塊可以直接安裝危險2 區(qū)，部分I/O 模塊內(nèi)置本質(zhì)安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監(jiān)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(xiàn)場回路進行檢測，內(nèi)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(diào)節(jié)功能，10ms 數(shù)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(tǒng)中的特殊模塊，可同時實現(xiàn)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(shù)和計算結果均可以通過以太網(wǎng)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(shù)和組分參數(shù)。PC8流量計量模塊建立在GE公司的工業(yè)計算機基礎之上，采用Intel Celeron M處理器，主頻可達1.5GHz，1M內(nèi)存和320G存儲空間。PC8模塊同時提供2個冗余的百兆以太網(wǎng)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(yè)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(tǒng)配套使用時，可實現(xiàn)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(xiàn)精確的流量計量，如果計量模塊出現(xiàn)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(xiàn)，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(tǒng)畫面和報表

站控計算機通過以太網(wǎng)采集控制站和硫量計算模塊的數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制以及計量參數(shù)的設置，同時提供報警、數(shù)據(jù)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(xiàn)了站控和天然氣流量計量，PAC8000系統(tǒng)的高易用性大大縮減了項目實施和調(diào)試周期，同時提供了功能豐富和完善的流量計量系統(tǒng)，系統(tǒng)維護和操作更為簡便，為站控系統(tǒng)的長周期可靠運行提供良好的基礎。

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