PAC8000系统在西南天然气管道中的应用

陈孝亮 桂卫华

摘 要：文章介绍了GE的PAC8000控制系统在石化行业中应用的特点：在西南油气田川渝地区天然气管网北外环输气管道二期工程中实现了站场控制和天然气流量计量，实现了在同一平台上完成站控、流量计量、上位机监控。

关键词：油气；流量计量；PAC8000；IFIX；GE

中国石油西南油气田川渝地区天然气管网调整改造工程北外环集输气管道工程（简称北外环二期工程）主要包括南部-德阳段输气干线，总长度大约230Km，该工程共有站场3座：南部站、三台站、连山站；阀室9座：大河坝阀室、双合阀室、大兴阀室、香山阀室、新德阀室、乐安阀室、回龙阀室、合兴阀室、盘龙阀室，其中大兴阀室、合兴阀室为远控截断阀室。北外环二期工程可接收就近气矿来气，同时为当地市政、工厂生产供气。输气站站控系统由站控计算机以及PLC控制站组成，实现对站场设备运行状况进行监控和流量计算等功能，同时可以实现过程显示、参数的设定和报表。

北外环二期工程的控制系统均选用GE公司的PAC8000系统及IFIX上位机，由于各个站场的工艺要求及生产任务大致相同，控制系统也具有可复制性，所以此文重点选取“连山输气站”进行阐述。

1 站场控制系统介绍

连山输气站根据工艺及生产要求，共设置三个控制系统：SCS（站控系统）、SIS（安全仪表系统）、计量系统。整个连山输气站采用了GE的PAC8000系统，所有的控制采用同一个网络，便于通讯。系统结构如图所示。

在此输气站，PLC主要负责输气站的参数采集、流量计算和设备控制，所有的控制器、电源、网络均为冗余配置。现场过来信号均会通过浪涌保护器接入IO模块，控制器再将所采集到的信号通过以太网传给站控上位机。控制器可提供冗余的串口通讯、以太网通讯。流量计量系统按照GB2008标准可实现1-8路天然气管路流量计量，同时可通过以太网接口将计量结果上传至上位机进行显示、记录和报表功能。

PAC8000系统的所有硬件均可以达到防爆2区直接安装，工作温度为宽温（-40～70摄氏度），G3防腐认证。另外，PAC8000的流量计量系统可以严格按照GB/T21446-2008标准要求，根据设备参数、液体参数等计量数据，实现流量计量功能，同时可提供仪表检定、孔板清洗、数据操作记录等功能，流量计量精度可达到万分之一。

1.1 站控系统（SCS）

根据工艺装置生产的特点及控制要求，站控系统（SCS）控制器选择了冗余的PAC8000 逻辑控制器，该控制器可实现常规控制、逻辑顺序控制。控制器及电源、网络均为冗余配置。I/O 模块支持热插拔，双路电源供电。配置2台上位监控站，1台工程师站兼操作员站，1台操作员站。

在站控系统中，冗余控制器互为备用，同时接收信号数据，同步执行控制计算。当一个控制器因电源、网络、硬件等原因监测到故障时，控制器自动切换，另一个无故障的控制器可以马上进行控制，实现无扰动切换。

站控SCS系统，主要进行站场日常的生产控制，对现场的工艺变量进行数据采集和处理，流量计算，与上位机通讯显示工艺流程及参数等，除了SCS系统内部联锁，同时还有与其他系统的一些联锁控制，如SIS系统等。

1.2 安全仪表系统（SIS）

SIS系统要求是二重化的冗余/容错结构，为保证在软硬件故障时系统不受影响，电源、控制器、数据总线、通讯卡等按1：1冗余配置，（如果CPU、电源、通讯总线等故障时，能无扰动地切换到冗余的CPU、电源、通讯总线上运行，冗余CPU、电源、通讯总线能无扰动切换），因此采用具备TUV SIL2本质安全认证的SafetyNet系列控制器。SIS系统与SCS系统共用2台上位监控站。

SIS系统，主要是对站场的关键阀门及点位进行联锁控制，实现站场的安全联锁，使站场处于故障安全运行模式。作为安全仪表系统，SIS系统本身为静态，通常情况下只由程序进行逻辑判断来控制设备动作。

SIS系统的联锁分为两部分，一部分是SIS系统自身的点位联锁，比如：储气罐内压力的高低与进出液阀门的联锁，储气罐内液位的高低与进出夜阀门的联锁，同时还有与LNG罐及补气装置的一级、二级调压等联锁；另一部分是SIS系统外部联锁，比如：中控室报警联锁、SCS系统部分点联锁、ESD联动信号联锁等。

工艺流程图及联锁逻辑程序参见下图：

1.3 流量计量系统

流量计量系统PC8属于PAC8000系统中的一个特殊模块，可同时实现1-8路的天然气流量计量功能。流量计量系统PC8包含硬件及流量计量软件两大部分，PC8的硬件是采用GE公司的工业计算机，主频为1.5Ghz，500G固态硬盘，包含有2个以太网接口，4个串口，采用24VDC供电，其最大的特点是可持续工作，工作时间为78000小时。PC8的软件为单独研发的流量计量软件，同时PC8的所有参数和计算结果均可以通过以太网上传至上位机HMI软件显示，通过上位机修改天然气计量及组分参数。

。

2 系统画面和报表

系统人机界面采用Proficy iFix软件，IFIX软件是GE智能平台自动化软件Proficy产品家族中的一个基于Windows的HMI/SCADA组件。GE proficy IFix是全球装机量最大的SCADA HMI软件，拥有最为丰富的驱动（2200多种），同时也是目前流行OPC通讯的创始人之一， 软件的层次化以及开放型，对于复杂的数字化油田建设至关重要。

连山输气站站控计算机（HMI）通过以太网（Modbus TCP/IP）采集SCS、流量计算模块、SIS安全系统的数据，可以实现对站控系统各设备的控制以及计量参数的设置，另外提供报警、各类报表、操作数据记录、历史趋势等功能。

在本项目中，天然气流量计算及管理、数据存储及报表分析、报警及事件、参数修改及操作记录黑匣子等功能超出了常规HMI功能实现的范围，但由于iFix具备强大的VBA和与关系型数据库的实时交互能力，简洁并完美地实现了上述功能，既提高了系统集成商的开发效率，同时也给用户提供了更好的操作体验。

3 项目总结

北外环二期工程连山输气站、南部末站、三台输气站等全部采用GE公司产品：PAC8000控制系统及iFIX 上位机软件，实现了站场控制和天然气流量计量，PAC8000系统的稳定、可靠，极大的方便了系统集成商的组态调试，也方便了用户的操作维护；IFIX丰富的图库、强大的VBA及数据库交互能力功能充分满足了用户在报表及操作管理方面的特殊需求。

整个站场控制系统具备优良的软硬件兼容性、良好的系统扩展性、大数据量的稳定性、操作界面美观并人性化等特点。系統投运以来，以其稳定的运行状态为该化工装置提供可靠的安全保障，实现了集监、管、控于一体的现代化生产管理模式，大大提高了生产效率。