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1. 前言
勝利油田河口采油廠渤三站10*104m3/d LPG處理裝置采用和利時的MACS控制系統。目前系統投產一年半,運行狀況良好，系統穩定。
原則流程如下:對進站的天然氣，采用兩級壓縮進行處理，于級間采用分子篩脫水，利用兩級氨冷，逐步分離天然氣中的重組分，回收液化氣和輕油，產品是液化氣、輕油和干氣。面對競爭日益激烈的世界石油天然氣市場，那些舊的，落后的，煩瑣的人工操作方式已不能滿足發展的要求，從長遠的角度來看，要降低生產成本，獲得最大化收益，要持續發展，全面改善油氣集輸的管理水平，就必須采用先進的自動化控制方案。為此，采用北京和利時的MACS控制系統。該MACS系統能夠對所有關鍵參數進行實時顯示，預設上下限報警，并通過信號遠傳來自動控制相應調節閥的開度，使整個生產過程始終保持在最優狀態之下，能夠大大提高生產效率，降低事故的隱患，有效的節約人力，提高產量。
2. MACS系統的構成，功能特點和應用
2.1 系統概況
MACS控制系統組成：網絡、服務器、工程師站、操作員站，網絡分為管理網絡、系統網絡、控制網絡三個層次。系統硬件包括2個主控器（冗余配置）、3個I/O機柜、1個安全柵機柜、2個服務器機柜、2個操作員站、1個工程師站，1臺打印機。
MACS系統具有的功能有：數據采集、控制運算、閉環控制輸出、設備和狀態監視、報警監視、實時數據處理和顯示、歷史數據管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調節、報表打印、高級運算、組態、調試、診斷。
工程師站具有的功能有：建立目標工程、系統設備組態、數據庫組態、算法組態、圖形組態、報表組態、事故庫組態、報警組態、系統編譯生成、系統數據下裝。
操作員站具有的功能有：在操作員站上運行MACS系統專用實時監控軟件，主要任務有顯示、會話、報警、日志管理、控制調節、歷史庫管理、系統庫管理。操作員站是重要的人機交互界面，利用專用工業鍵盤、軌跡球外部設備完成人機交互。包括（1）對現場工藝參數進行采集；（2）對現場工藝參數、設備狀態進行監視；（3）顯示工藝流程、趨勢圖、棒圖及其他圖形；（4）顯示報警畫面、切斷閥及設備狀態表；（5）打印生產報表、事故報表等。
服務器具有的功能有：將數據通過MIS網絡發布，通過該網絡系統，管理者可瀏覽所有數據，參與生產抉擇，形成一個分級分層的管理系統。
2.2 網絡構成
整個網絡分為三層，管理網絡（MNET）實現工程師站、操作員站與服務器的互聯，系統網絡（SNET）實現現場制站與操作員站的互聯，控制網絡（CNET）實現現場控制站與過程I/O站的通訊。系統網絡為雙層結構，當一條網絡出現問題時不會影響到系統的正常運行，提高了系統網絡的穩定性;現場控制站--主控單元由雙CPU組成，互為冗余，當其中一個出現故障時,自動切換到另一個,保證控制的可靠性、數據傳輸的連續性。通過服務器可以將數據發布到MIS網上,將數據孤島變為數據共享。系統結構簡圖如下：
2.3 I/O統計
本裝置共有22個調節回路，均為單參數調節（一個為分程控制）。其中：溫度調節回路4個，壓力調節回路4個，流量調節回路2個，液位調節回路12個。
2.3.1、信號點統計
2.3.2、模塊數量
2.1 2.4 MACS系統技術新特點：
MACS系統采用了分“域”結構形式，具有很好的開放性和合理性，可擴展性強；高速的網絡體系，強大的硬件處理能力，軟件設計應用方便性，使整個系統的性能更加先進；增加了硬件的可靠性和軟件的可靠性；單元級冗余設計，采用小模塊結構，增加了多重過壓和過流保護措施，系統提供豐富的自診斷顯示信息；工藝合理性和安裝方便性，采用了國際最新的計算機芯片技術，德國西門子的SMT表面貼裝工藝和多層板結構，實現I/O模塊的微型化, 所有模塊采用阻燃塑料外殼，工藝美觀。
同時在用戶經濟性上，MACS系統做了以下改進：在體系結構、硬件性能、軟件功能和性能等方面都有很大提高，達到當今國際先進水平。系統每個控制站容量增大，可以減少控制站臺數，降低公共費用；模塊損壞率降低；可以分散安裝在現場，節省大部分的信號電纜和施工費用；公司提供多種工業系統的控制設計模式和基礎組態，縮短工程周期和費用。
3. MACS系統軟件組態、實現的功能
3.1 軟件組態
LPG整個控制組態在工程師站進行，包括控制方案生成系統（ConMaker）組態和人機界面系統（FacView Explorer）組態。
控制方案生成系統組態包括：主控器配置、I/O設備組態、數據庫組態、算法組態等。
人機界面系統組態包括：報表組態、報警組態、圖形組態。
報表組態：系統根據運行的要求進行報表組態，有工藝參數日報表、工藝參數月報表、工藝參數年報表、數據報警記錄報表、操作日志報表等
報警組態：根據系統要求和操作條件，設定硬件報警和工況數據報警。
圖形組態：按照LPG工藝流程圖繪制圖形，然后進行數據動態連接，連接的動態點必須是數據庫內定義的點。本系統的畫面有：3個工藝流程主畫面、16個工藝流程分畫面、可燃氣體報警監控畫面、調節閥操作畫面以及其他系統輔助畫面。
3.2 關鍵控制方案的實現
3.2.1 進站、外輸壓力的ESD控制
在儀表檢修、設備更換、流程更改或者其他不可避免的情況，為了保證不造成整個LPG裝置憋壓，在進站和外輸管線處分別增加DN300的切斷閥，二者和壓力、手動報警條件連鎖，構成ESD控制。正常情況下，進站切斷閥打開，外輸切斷閥關閉，一旦報警或者其他要求，進站切斷閥關閉，外輸切斷閥打開，保證站內設備和人員的安全。
3.2.2 原料氣壓縮機的控制
本裝置三臺原料氣壓縮機，根據廠家要求，組態如下控制：一級進氣、二級排壓、潤滑油壓力、排氣溫度、軸承溫度等，彈出報警畫面，顯示超限參數，同時聲音提示操作工處理現場；如果出現極限條件，需要停機，則由程序運算，輸出開關量信號到電氣控制室，停止壓縮機，避免事故的發生。
3.2.3 膨脹機的控制
天然氣透平膨脹機是天然氣分離設備中關鍵配套部機之一，當增壓機流量因某種原因少于一定值后，增壓機葉輪因進氣不足，造成氣流與葉片嚴重脫離，氣體在葉輪中產生強烈渦流，使出口氣流倒流而造成喘振，喘振現象發生將對機組的安全造成嚴重威脅，因此必須加以制止及預防。在進口和出口加裝切斷閥，根據算法控制切斷閥的動作，防止喘振的出現。
3.2.4 回流泵壓力的分程控制
傳統的分程控制只給出一個AO點，在DCS中與單回路的設計是一樣的，只能靠兩個分程調節閥的閥門定位器來實現現場的控制，顯然沒有發揮DCS的技術優勢。如圖所示。
對傳統的分程控制改進如下：將分程任務改為由兩個AO點完成。比用現場分程精度高、易實現?？梢栽谔厥馇闆r下對各調節閥進行手動調節，而且可以保證無擾動恢復。一個調節閥手動調節時，另一個仍可處于自動控制狀態，因此該方案實際上對傳統的分程控制進行了功能擴充，大大增加了操作的靈活性。
圖1 傳統的分程控制設計 圖2 改進的分程控制設計
采用改進的分程控制，能有效的保證回流泵的運行，控制系統壓力平穩，能夠起到提高產量的目的。
3.3 實現功能
3.3.1 可靠的控制策略
互為備用。主控器冗余、操作站冗余、服務器冗余。當一條鏈路出現故障時不會影響數據的采集和控制，有力的保證了生產。
3.3.2 豐富的畫面顯示功能
在操作站顯示的畫面有系統畫面、3個工藝流程主畫面、16個工藝流程分畫面、可燃氣體報警監控畫面、調節閥操作畫面、I/O設備操作畫面、數據歷史趨勢圖、調用菜單畫面、報警畫面、報表畫面、ESD操作畫面。操作人員通過調用這些畫面可以全面地了解全LPG裝置的運行情況，并且能方便地對設備操作和控制。
3.3.3 故障診斷與報警處理功能
在系統畫面上列出了I/O設備的上電情況、通訊狀態、故障狀態；在各流程的操作畫面中都列出了各參數報警條件，記錄報警發生時的有關信息，如：報警的當前值、故障標簽名稱、報警信息、故障報警時間、確認報警時間等，并對報警信息進行管理。
3.3.4 報表功能
本系統設計了多種報表：工藝參數日報表、工藝參數月報表、工藝參數年報表、數據報警記錄報表、操作日志報表等，可以按照要求打印相應的報表。還設計了時間觸發機制，能夠按照要求的時間隨時打印。
3.3.5 數據的網絡發布功能
數據可以在網絡上發布，在其他崗位可以瀏覽數據。操作人員可在主控室對生產過程進行監控；公司經理、廠長、工程師坐在辦公室甚至在家里也可以監控整個系統的運行情況。
4. 結束語
該LPG處理裝置的MACS系統自投運以來，運行穩定可靠，人機界面美觀實用，操作直觀方便。對運行過程中出現的故障，MACS系統能夠及時、準確、可靠的進行報警，并且能夠按照預定的程序投入保護。從總體上看，系統運行正常穩定，各項技術指標達到設計要求，收到了良好的效果，取得用戶的好評，為信息管理系統提供了實時數據，使整個系統的運轉效率和管理水平跨上了一個新的臺階。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號