PLC在天然气田设施保护系统中的应用

1引言

PLC(可编程逻辑控制器)由于其可靠性高、功能强、可扩展性好等特点,而被广泛应用于油气田各类生产监控系统中。在海上天然气平台的生产过程中,被处理介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体,故生产安全性问题尤为突出。在这种情况下,须将控制生产处理流程的生产控制系统与专职实现保护功能的设施保护系统分开设计与安装。这样,就确保了当生产控制系统出现掉电、系统失控等故障时,设施保护系统仍能将泵、压缩机、压力容器等生产设备切换到安全状态,从而实现生产设施的安全保护。

2系统结构

由于设施保护系统运行在现场,各种电磁干扰大,工作环境恶劣,因此选用抗干扰能力强的PLC作为系统控制主体。系统由主从处理器、远程I/O以及人机界面等构成。系统框图如图1所示。

由于I/O点数较多、数据处理量大,故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的安全保护功能,其自身可靠性非常重要,将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作,但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时,从处理器立即接管远程I/O,同时升级为主处理器。

远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯,并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备,不仅包括各类传感器、执行器,还包括一些分散在现场的本地控制器,例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器,均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高可靠性与实时性的要求,这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信,而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。

人机界面,则由美国费舍尔-罗斯蒙特(Fisher-Rosemount)公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面,又是控制处理流程的生产控制系统。出于安全性方面的考虑,生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制,仅对设施保系统监视。

为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合,系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据,并将数据存入数据库,再自动调用LotusNotes,将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。

3设施保护功能的实现

为了达到保护生产设备的目的,需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别,依次是:FireESD(FireEmergencyShutDown,火警紧急关停)、ESD(EmergencyShutDown紧急关停)、PSD(ProcessShutDown,处理流程关停)以及USD(UnitShutDown,生产单元关停)。

FireESD指令级别最高,由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是,关停生产平台的一切设备,同时启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生,例如,检测到天然气泄漏。其动作是,除应急发电机以外,关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生,例如压缩机喘震,仪表气压力低等。其动作是,关停3整个生产处理流程,但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生,例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是,关停发生故障的生产设备。

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