1.目的

集散控制系統(tǒng)（DCS）的核心思想是集中管理、分散控制。可編程邏輯控制器（PLC）具有高可靠性、模塊化設(shè)計、安裝維護便捷等優(yōu)點。DCS與PLC構(gòu)成了天然氣凈化廠的自動化控制系統(tǒng)。生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)布置分散且通訊各自獨立，通常的設(shè)計方法為通過Modbus RTU通訊協(xié)議將關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳到DCS系統(tǒng)進行監(jiān)視。這種方式雖然成本較低，但卻存在著數(shù)據(jù)傳輸速率低、數(shù)據(jù)采集質(zhì)量差、通訊不穩(wěn)定等不足，無法保證緊急情況下的正常聯(lián)鎖報警，給氣田的安全平穩(wěn)生產(chǎn)帶來了一定的安全隱患。因此，將多個PLC系統(tǒng)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)高質(zhì)量、高速度、全方位的集成到DCS系統(tǒng)進行集中管理及分散控制，對于降低天然氣凈化廠安全風(fēng)險、提升自動化控制水平具有重要的意義。

2.方法

DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集刷新周期一般為500 ms，經(jīng)過多次實驗，發(fā)現(xiàn)采用基于工業(yè)以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)的實時傳輸協(xié)議——Profinet協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)將PLC網(wǎng)絡(luò)接入DCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，可以滿足數(shù)據(jù)傳輸實時性、穩(wěn)定性及控制設(shè)備故障診斷的需求。利用光纖通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗低、頻帶寬、成本低廉等優(yōu)點，采用光纖連接分散的PLC系統(tǒng)建立PLC系統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制對PLC數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的要求。在環(huán)網(wǎng)中增加PLC系統(tǒng)管理計算機，根據(jù)IP實現(xiàn)對所有PLC系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試、遠程診斷等功能。集成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.作用和效果

中國石油西南油氣田公司首次創(chuàng)新使用光纖環(huán)網(wǎng)和Profinet協(xié)議實現(xiàn)PLC系統(tǒng)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)集成到DCS系統(tǒng)后，取得了以下應(yīng)用成效：①數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量顯著提升，通訊中斷率由34%降低到0，確保自動化控制系統(tǒng)緊急情況下可以實現(xiàn)報警、聯(lián)鎖、控制，為工廠安全生產(chǎn)提供了有力保障；②通過工業(yè)以太網(wǎng)遠程集中管理多個PLC系統(tǒng)，提高了PLC系統(tǒng)操作維護效率，員工維護工作量降低了70%；③通過已建成的PLC工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，可以就近在PLC系統(tǒng)接入周邊新增的檢測及控制信號，實現(xiàn)控制系統(tǒng)快速擴容——在中國石油西南油氣田公司川西北氣礦劍閣天然氣凈化廠停產(chǎn)檢修中，需新增監(jiān)測控制回路7個，采用此方法后，節(jié)約人工、材料成本20萬元，縮短了施工時間，助力該天然氣凈化廠提前13天復(fù)產(chǎn)成功；④數(shù)據(jù)采集量增加，為后期建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的工廠數(shù)據(jù)中心打下了基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等手段，提高了天然氣產(chǎn)品質(zhì)量、提升了天然氣凈化廠安全生產(chǎn)水平、降低了生產(chǎn)成本，助力天然氣凈化廠實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展。