徐鵬（山東電力基本建設(shè)總公司，山東 濟(jì)南 250102）

1 系統(tǒng)架構(gòu)組態(tài)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)將對(duì)LNG接收站過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)參數(shù)、類型進(jìn)行配置，從而構(gòu)筑LNG TERMINAL的系統(tǒng)架構(gòu)，是LNG儲(chǔ)罐組態(tài)程序設(shè)計(jì)的第一步，為后面各項(xiàng)組態(tài)工作奠定基礎(chǔ)。

LNG項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：4對(duì)冗余C300過(guò)程控制器及配套C系列I/O卡件、5臺(tái)雙屏Console站、5臺(tái)雙屏Flex站、冗余服務(wù)器以及過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)（FTE-FaultTolerant Ethernet）。

本項(xiàng)目（LNG接收站項(xiàng)目）DCS部分將現(xiàn)場(chǎng)劃分為四個(gè)區(qū)域：CCR、PIR、JCR、TIR。CCR 配置有冗余PKS服務(wù)器、4臺(tái)雙屏Console站、4臺(tái)雙屏Flex站，4面DCS系統(tǒng)柜，柜內(nèi)含有1對(duì)C300冗余服務(wù)器及其配套的C系列I/O卡件。PIR配置4面DCS系統(tǒng)柜，含有遠(yuǎn)程模塊、2對(duì)冗余C300控制器及其配套的C系列I/O卡件。JCR設(shè)有配置有1臺(tái)雙屏Console站、1臺(tái)雙屏Flex站，2面DCS系統(tǒng)柜，內(nèi)部含有1對(duì)C300冗余服務(wù)器及其配套的C系列I/O卡件。TIR配置1面DCS系統(tǒng)柜，含有C系列I/O卡件及遠(yuǎn)程模塊，現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)將通過(guò)遠(yuǎn)程模塊傳遞至工藝儀表室進(jìn)行控制。系統(tǒng)采用容錯(cuò)以太網(wǎng)作為過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNET）。在CCR和JCR設(shè)有雙屏操作站，用以對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)及歷史、報(bào)警、事件等信息進(jìn)行監(jiān)控。

2 回路組態(tài)

回路組態(tài)是整個(gè)組態(tài)工作的核心，它用于依據(jù)控制需求建立LNG儲(chǔ)罐所需的所有顯示和控制回路，從而建立一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)LNG儲(chǔ)罐所有監(jiān)測(cè)和控制的信息，也是流程圖組態(tài)中監(jiān)控參數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.1 顯示回路

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)經(jīng)安全柵柜進(jìn)入系統(tǒng)柜后不存在輸出回路，不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表產(chǎn)生控制作用的回路為顯示回路，該回路中的參數(shù)僅作監(jiān)控及報(bào)警。依據(jù)信號(hào)類型的不同又分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)顯示回路，兩者所用的模塊、結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置不同。模擬信號(hào)顯示回路由模擬量輸入通道AI Channel和數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ構(gòu)成，模擬量輸入模塊AI Channel將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的4-20mA電信號(hào)傳入并轉(zhuǎn)化為線性對(duì)應(yīng)的百分比信號(hào)，數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ將百分比信號(hào)線性轉(zhuǎn)化為工程量。

2.2 控制回路

含有從DCS系統(tǒng)柜經(jīng)安全柵柜回到現(xiàn)場(chǎng)的輸出回路，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)生作用改變其狀態(tài)的回路稱為控制回路。依據(jù)信號(hào)類型的不同又分為PID控制回路、數(shù)字信號(hào)控制回路及手動(dòng)信號(hào)控制回路，各回路所用模塊及回路結(jié)構(gòu)均不相同。(1)PID控制回路PID控制回路由數(shù)字信號(hào)輸入通道DI Channel、數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ、PID控制模塊及模擬量輸出通道AO Channel構(gòu)成，模擬量輸入模塊AI Channel將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的4-20mA電信號(hào)傳入并轉(zhuǎn)化為線性對(duì)應(yīng)的百分比信號(hào)，數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ將百分比信號(hào)線性轉(zhuǎn)化為工程量，PID模塊將通過(guò)計(jì)算過(guò)程變量PV以及設(shè)定值SP，利用PID調(diào)節(jié)，計(jì)算控制輸出OP，使其向偏差變?yōu)榱愕姆较蜃兓?/p>

圖2.3-3所示是位于LNG低壓輸送泵回料管線上的流量控制回路。它是通過(guò)調(diào)節(jié)回料管線閥門，從而控制最小外輸流量。LNG低壓外輸回料管線的作用一方面為了控制外輸管線的流量，另一方面為了對(duì)罐內(nèi)介質(zhì)循環(huán)，從而防止翻滾現(xiàn)象發(fā)生。為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，將添加積分作用；為了加快調(diào)節(jié)速度，將添加微分作用，然而為了防止閥門開(kāi)度和流量瞬時(shí)劇烈變化，微分作用的對(duì)象將不采用測(cè)量值而依舊選擇偏差值，故該模塊將采取基于偏差的標(biāo)準(zhǔn)PID算法，即PID控制模塊中的公式A（EQA）。

圖2.3-3 流量控制回路FIC_11110A工藝圖

3 邏輯連鎖組態(tài)

邏輯連鎖組態(tài)是在回路組態(tài)完成的基礎(chǔ)上所要展開(kāi)的工作，它將結(jié)合工藝安全、設(shè)備啟停條件及報(bào)警需求，為部分回路配置連鎖及報(bào)警的功能，使其符合設(shè)備安全啟停及報(bào)警的操作要求。

邏輯連鎖組態(tài)工作也在控制策略組態(tài)軟件Control Builder中完成，基于回路組態(tài)建立的基本回路結(jié)構(gòu)，根據(jù)邏輯圖及報(bào)警要求，通過(guò)調(diào)用Control Builder的Logic庫(kù)中調(diào)用各邏輯模塊，組建出符合功能的邏輯鏈路。組態(tài)流程為：搭建邏輯、調(diào)節(jié)各模塊時(shí)序、下裝并激活。

3.1 設(shè)備啟停邏輯

LNG儲(chǔ)罐部分的啟停邏輯即低壓泵回料管線上閥門的開(kāi)關(guān)邏輯。

圖3·1 閥門啟停邏輯

該邏輯為DCS控制電磁閥啟停邏輯。閥門為正常狀態(tài)時(shí)觸發(fā)強(qiáng)制關(guān)連鎖(OI(0)=1)使其為關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)?shù)蛪罕眠\(yùn)行時(shí)，操作員在DCS由啟動(dòng)按鈕給出開(kāi)命令后，將在OPEN標(biāo)志塊中產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，該脈沖將觸發(fā)強(qiáng)制開(kāi)連鎖啟動(dòng)(OI(1)=1)，使設(shè)備控制模塊DEVCTL輸出值改變，進(jìn)而依次改變數(shù)字輸出模塊DO Channel、現(xiàn)場(chǎng)閥門的狀態(tài)，由數(shù)字信號(hào)輸入通道DI Channel將狀態(tài)反饋至DCS系統(tǒng)。同樣的，當(dāng)操作員在DCS由停止按鈕給出關(guān)命令后，將在CLOSE標(biāo)志塊中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，進(jìn)而觸發(fā)強(qiáng)制關(guān)聯(lián)鎖使閥門關(guān)閉。邏輯圖如圖3·1所示。

3.2 報(bào)警邏輯

(1)報(bào)警延遲邏輯

如圖3.2-1所示，為低壓輸送管線上流量控制回路中延遲報(bào)警邏輯。邏輯要求，在低壓輸送泵開(kāi)啟120s之后，若該管道中流量仍低于50 m3/h，才觸發(fā)流量低限報(bào)警。回路中將泵運(yùn)行狀態(tài)PM_11110A.PMXI_11110A.PV引入，經(jīng)過(guò)延遲模塊ONDELAY將信號(hào)延時(shí)120s，再由變量轉(zhuǎn)換模塊TYPECONVERT將波爾量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的枚舉量，作用于數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ的低限報(bào)警優(yōu)先級(jí)管腳，當(dāng)?shù)蛪狠斔捅蒙形撮_(kāi)啟或開(kāi)啟時(shí)間不足120s時(shí)，變量轉(zhuǎn)換模塊TYPECONVERT的輸入波爾值為0，此時(shí)輸出的枚舉量設(shè)置為2，對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)為NONE，即無(wú)效狀態(tài)，意味著無(wú)論流量是否到達(dá)低限均不產(chǎn)生報(bào)警；當(dāng)?shù)蛪狠斔捅瞄_(kāi)啟時(shí)間超過(guò)120s，變量轉(zhuǎn)換模塊TYPECONVERT的輸入波爾值為1，此時(shí)輸出的枚舉量設(shè)置為0，對(duì)應(yīng)低限報(bào)警優(yōu)先級(jí)為L(zhǎng)OW，當(dāng)流量達(dá)到低限時(shí)，將觸發(fā)報(bào)警。

圖3.2-1 延遲報(bào)警邏輯

(2)溫差報(bào)警邏輯

LNG各儲(chǔ)罐內(nèi)部罐底均設(shè)有9個(gè)temperature transmitter供預(yù)冷所用，分布如圖3·2-2中的TI_11165A～I(xiàn)所示。邏輯要求：當(dāng)斜向相鄰兩個(gè)點(diǎn)溫差大于50℃時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

圖3.2-2 T-1104預(yù)冷用溫度傳感器分布圖

圖3.2-3 TI_11165B溫差報(bào)警邏輯

點(diǎn)TI_11165B的溫差報(bào)警邏輯如圖3.2-3所示。由圖3·2-2中知，與TI_11165B相鄰的點(diǎn)有TI_11165A和TI_11165I，當(dāng)與TI_11165A或TI_11165I任意一點(diǎn)相差大于50℃時(shí)，均會(huì)觸發(fā)該邏輯，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。邏輯中將參TI_11106B.DACA.PV及TI_11165A.DACA.PV引至輔助計(jì)算模塊AUXCALC，并定義其輸出PV計(jì)算表達(dá)式為：TI_11165B_ALARM.AUXCALCA.P[1]-

TI_11165B_ALARM.AUXCALCA.P[2]，即兩點(diǎn)溫度的差值，將此差值輸入數(shù)據(jù)獲取模塊DACAACQ，將數(shù)據(jù)獲取模塊的低限報(bào)警值設(shè)為-50℃，優(yōu)先級(jí)LOW；高限報(bào)警值設(shè)為50℃，優(yōu)先級(jí)LOW；量程盡可能大，同時(shí)將低限報(bào)警和高限報(bào)警的報(bào)警標(biāo)志參數(shù)引至或門。同理對(duì)TI_11165A與TI_11165B之間進(jìn)行設(shè)置，便完成點(diǎn)TI_11165B的溫差報(bào)警邏輯，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是針對(duì)LNG TERMINAL TANK SYSTEM CONFIGURATION DESIGN，設(shè)計(jì)PKS的系統(tǒng)架構(gòu)，完成過(guò)程控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置，建立HUMAN INTERFACE的監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合LNG的工藝控制要求，以及考慮到安全生產(chǎn)控制，設(shè)計(jì)回路及安全邏輯連鎖程序，包括設(shè)備啟停，報(bào)警邏輯，以及GROUP,TREND,AND EVENT HISTORY DATA，這些強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持功能。滿足工藝生產(chǎn)的要求，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)果，性能可靠。實(shí)現(xiàn)了對(duì)LNG TERMINAL TANK SYSTEM的全面控制管理。

[1]王樹(shù)青，工業(yè)過(guò)程控制工程[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[2]NOH Y,CHANG K,SEO Y,ET AL.Risk-based determination of designpressure of LNG fuel storage Tanks based on dynamic process simulationcombined with monte Carlo method[J].Reliability Engineering&SystemSafety,2014,129(3)：76-82

[3]LIN W,ZHANG N,GU A.LNG(liquefied natural gas)：A necessary partin China's future energy infrastructure[J].Energy,2010,35：4383-4391.

[4]Production,storage and handing of liquefied nature gas(LNG)