原油管道新增站場自動控制系統(tǒng)實踐
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摘要：西部原油管道主要擔(dān)負著新疆各大油田和中亞進口原油外輸任務(wù)。管道沿線設(shè)有多個分輸、注入站場，服務(wù)沿線油田企業(yè)和石化企業(yè)。這些分輸、注入站場均是在西部原油管道投產(chǎn)后建設(shè)的。隨著信息技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，諸如內(nèi)部控制系統(tǒng)（DCS及PLC系統(tǒng)）與外部不再隔離。自控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信安全直接影響了生產(chǎn)控制的穩(wěn)定和安全。如何實現(xiàn)新建站場與西部原油管道既有的控制系統(tǒng)交互連接，確保過程控制系統(tǒng)與ESD（緊急關(guān)閉）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，是新建站場的首要考慮因素。本文介紹了三塘湖原油末站與西部原油管道四堡輸油站自控控制系統(tǒng)交互實踐，為后期管道工程建設(shè)提供范例參考。
關(guān)鍵詞：西部原油管道新建站場過程控制系統(tǒng)ESD系統(tǒng)
1站場概況
吐哈油田三塘湖原油外輸管道是配合油田地面工程規(guī)劃建設(shè)的，主要是負責(zé)將三塘湖產(chǎn)油區(qū)原油通過管道輸送至三塘湖末站。三塘湖末站設(shè)有儲存，計量，增壓注入功能，最終將原油注入至西部原油管道干線。三塘湖原油末站于2009年建成，設(shè)有過程控制系統(tǒng)一套，控制器型號為AB公司1756-L61。西部原油管道四堡輸油站于2006年投產(chǎn)，設(shè)有過程控制系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)使用的是AB公司1756-L62控制器，ESD系統(tǒng)使用的是AB公司1756-L55控制器[1]。西部原油管道站場采用SCADA控制系統(tǒng)，各輸油站設(shè)有SCADA監(jiān)控操作站，主要負責(zé)本站監(jiān)控站場運行參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)?？刹杉^程控制系統(tǒng)PLC和ESD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并下發(fā)相應(yīng)操作指令。各站通過光纜與調(diào)度監(jiān)控中心通信，在調(diào)度監(jiān)控中心，可對全線站場和RTU閥室進行監(jiān)控。
2自控系統(tǒng)建設(shè)
三塘湖末站與四堡輸油站距離約600m，兩座站場通過一條DN350管道連接。兩座站場中間安裝有緊急切斷閥（ESD閥），電動球閥，和單向閥，用來控制工藝流程的連通和截斷。兩座站場間工藝流程如圖1所示。四堡輸油站既有的站控系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)，由OASYS人機交互軟件（HMI組態(tài)軟件）和ControlLogix5000PLC編程軟件組成。本工程在四堡站原有控制系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行擴容，主要分2個部分：一是過程控制系統(tǒng)交組建，目的是實現(xiàn)四堡站SCADA控制系統(tǒng)對三塘湖末站計量區(qū)域的工藝管線、設(shè)備、儀表信號采集，同時將采集的儀表數(shù)據(jù)信息上傳至烏魯木齊、北京調(diào)度中心。二是ESD系統(tǒng)組建，目的是出現(xiàn)異常工況時，及時觸發(fā)安全聯(lián)鎖保護。
2.1過程控制系統(tǒng)組建
新增電動閥XV-6509狀態(tài)和控制信號，共4個DI數(shù)據(jù)點，2個DO數(shù)據(jù)點，接入到四堡站過程控制PLC系統(tǒng)。壓力、溫度信號，共2個AI數(shù)據(jù)點接入到四堡站過程控制PLC系統(tǒng)。三塘湖油末站給西部管道的信號：儲罐液位信號、刮板流量計信號、油泵的啟動、停止、狀態(tài)等控制信號、電動閥的開到位、關(guān)到位、故障等信號，此外，應(yīng)互傳人工確認后的火災(zāi)報警綜合信號等。西部管道給三塘湖油田原油外輸管道的信號：四堡站注入點緊急切斷閥開關(guān)、狀態(tài)、故障報警信號、電動閥控制、閥位信號、注入干線壓力信號，此外，雙方互傳人工確認后的火災(zāi)報警綜合信號等。在四堡輸油站至三塘湖末站機柜間敷設(shè)2條16芯單模鎧裝光纜。在四堡輸油站和三塘湖末站PLC機架上新增MVI56E-MCMR串口通信模塊，通過RS485光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)雙方信號交互。新增的串口通訊模塊通信接口和工程文件配置接口相互獨立，確保數(shù)據(jù)不會被對方修改，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。過程控制系統(tǒng)組建如圖2所示。2座站場資產(chǎn)管理屬于不同的企業(yè)，需明確各方的調(diào)度監(jiān)控權(quán)限。新增注入支線的設(shè)備由四堡輸油站負責(zé)監(jiān)控，兩座站場其他管道和設(shè)備的運行參數(shù)，僅做數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，控制權(quán)限各自負責(zé)。調(diào)度監(jiān)控中心負責(zé)下發(fā)調(diào)度指令，負責(zé)注入流程閥門開啟和關(guān)閉操作；三塘湖末站負責(zé)末站站內(nèi)工藝流程切換和設(shè)備啟停操作；四堡輸油站負責(zé)注入管道附屬設(shè)備和本站其他設(shè)備的工藝參數(shù)監(jiān)護。
2.2ESD系統(tǒng)組建
新增ESDV-06501電液聯(lián)動閥門的狀態(tài)和控制信號，共4個DI數(shù)據(jù)點，2個DO數(shù)據(jù)點，接入到四堡站ESD控制系統(tǒng)中。在四堡站ESD系統(tǒng)輸出命令中并聯(lián)ESDV6501閥門關(guān)閉命令，當(dāng)四堡輸油站觸發(fā)ESD保護程序后，除了執(zhí)行原有的保護程序外還會連鎖關(guān)閉ESDV6501閥門。確保三塘湖末站與四堡輸油站有效隔離。由于三塘湖末站沒有獨立的ESD保護系統(tǒng)，四堡輸油站ESD觸發(fā)信號并不直接控制三塘湖末站。當(dāng)注入支線ESD閥門關(guān)閉后，注入支線壓力快速上漲，末站過程控制PLC下達泵出口壓力高高連鎖保護停泵命令，保護末站工藝管道和設(shè)備不超壓。四堡站ESD系統(tǒng)觸發(fā)后會產(chǎn)生一個ESD報警信號，報警信號通過交換機傳輸給過程控制PLC，最后通過串口通信傳輸給三塘湖末站。四堡站ESD系統(tǒng)組建如圖3所示。
2.3現(xiàn)場測試
在線修改HMI組態(tài)文件，添加新增工藝流程、設(shè)備及相關(guān)參數(shù)監(jiān)控、報警、記錄等功能。在西部原油管道停輸期間，重新規(guī)劃PLC網(wǎng)絡(luò)、下載PLC程序、編寫通訊接口。完成現(xiàn)場驗收測試后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳至各調(diào)度中心。修改四堡輸油站ESD保護程序，開展ESD功能性測試。調(diào)度監(jiān)控中心選擇不同類型的觸發(fā)工況，確認ESD保護系統(tǒng)功能完好后投入運行。
3結(jié)束語
新建站場自動化控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)信息安全要求，將系統(tǒng)分成不同的區(qū)域，不同區(qū)域應(yīng)設(shè)定不同的SIL值。同一區(qū)域的自控系統(tǒng)的設(shè)備和回路應(yīng)按照同一SIL值進行安裝組建。對于連接不同區(qū)域的中間管道和附屬設(shè)備（儀表），應(yīng)結(jié)合調(diào)度操作原理以及儀表安全等級要求，確定其接入方式，保證區(qū)域中的資產(chǎn)和區(qū)域之間的連接滿足系統(tǒng)安全要求。新建站場應(yīng)充分考慮工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)信息安全，不同區(qū)域的過程控制系統(tǒng)進行通信時，推薦采用不可路由的串行通信方式連接，每個PLC均連接到本地交換機上，通過工程師站編程，通過HMI操作，確保不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)控制是安全獨立的。
參考文獻
[1]韓曉波.企業(yè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)探討及實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表，2012，39（4）；498-503.
作者：郭宏 單位：中國石油西部管道新疆輸油氣分公司