周景林 侯健 高有方
1 引言
原油外輸首站涉及到雙方或多方的油品交易,需要對原油含水率、進出口原油流量、油罐庫存等參數進行實時準確的監測。過去采集數據、數據處理、填寫報表等工作需要人工完成,既浪費人力,又很難保證數據的準確性;原油密度、含水率一般采用4小時一次取樣分析,實時性差,交接雙方存在作弊、扯皮等現象。鑒于這種情況,提出了原油外輸首站計算機測控系統。
在設計本監控系統時,主要考慮的問題是系統的開放性、可維護性、整個系統的的性能價格比,因此選擇適當的軟、硬件平臺是非常重要的。集散控制系統DCS以其卓越的集中管理、集中操作與功能分散、危險分散的特點適應了工廠自動化的要求,是工控系統理想的體系結構。但國外一些廠家推出的 DCS系統大多比較龐大,硬件和軟件的專用性強,系統投資很大,開發周期較長,而且提供的是外文操作平臺。現在,一些國產的DCS廠家技術也已很成熟,提供了中文操作平臺,硬件和軟件的使用更符合我國的習慣,系統投資小。本項目采用北京和利時系統工程股份有限公司生產的DCS系統,它是一種基于現場總線技術的分布式控制系統,具有高可靠性、開放性、實用性,在中小規模的監控系統中得到了廣泛應用。
2 工藝簡介
臨濟首站工藝流程圖如圖1所示。主要完成對一、二、四礦來油、魯寧來油和外輸油的壓力、溫度、流量、含水進行檢測、計量和報警;對4座一萬立方米罐的液位、油水界位進行檢測,對每個罐的庫存及總庫存進行計量;對外輸油泵房的三臺泵的進出口壓力、溫度及每臺電機的電壓、電流進行檢測;對四臺加熱爐的進出口壓力、溫度進行檢測和報警;對罐區、泵房、計量間、化驗室、燃油泵房、配氣間等地方的可燃氣體進行檢測和報警;油罐自動切換和自動排污的實現;外輸泵的變頻控制;加熱爐出口溫度的控制。
1-腰輪流量計;2-儲油罐進口電動閥;3-儲油罐排污電動閥;
4-儲油罐出口電動閥;5-外輸泵
圖1 工藝流程圖
3 系統配置
整個監控系統如圖2所示,由操作站(工程師站)、主控站、I/O模塊、現場設備和網絡等組成。
圖2 DCS系統框圖
操作站用于完成監控操作,其上運行實時監控軟件,運行在搶占式的實時多任務操作系統中。該軟件包含的任務主要有圖形顯示與會話、報警管理與顯示、報表打印、各種控制運算及系統庫、歷史庫、追憶庫、事故庫、共享庫管理等。每臺操作站也可用作工程師站,只要在操作站上安裝Windows NT及組態軟件,就可以進行軟件組態和數據下裝。
控制站是完成現場測控的重要站點,由主控器、I/O模塊、電源模塊等組成,在主控器、I/O模塊中分別固化了實時監控軟件和I/O板級軟件。主控器采用冗余配置。I/O模塊配置如表1所示。
表1 I/O模塊配置
網絡是DCS系統的信息通道。操作站(工程師站)之間、主控器之間及操作站與主控器之間用系統網連接,主控器與現場I/O模塊用控制網即DP總線網絡連接。工程師站組態完成后生成的數據通過系統網絡下裝到操作站、主控器,主控器再將部分組態數據下裝到I/O模塊上。在系統運行時,操作員發出的控制輸出數據由操作站經系統網絡傳送到控制站;而實時數據則由控制站通過系統網絡傳送到各個其它節點。
4 系統組態
由于本監控系統中模擬量控制點少,而且加熱爐出口溫度控制為簡單閉環控制、外輸泵變頻控制為開環控制,所以模擬量控制的組態在這里不作詳述。下面介紹本監控系統中比較有特色的一些組態策略。
4.1 儲油罐原油庫存的計量
如果原油儲油罐的橫截面積A為常數,則質量庫存M為:M=ρ?A?(H