和利时FOCS控制系统在原油集输站改造中的应用

摘 要：原油集输站的安全检测和控制是较关键的，一旦发生问题，可能导致不可挽回的事故。采用本系统能有效的控制现场，保证生产，避免事故的发生。
关键词：FOCS，现场总线，主从控制器

一、方案背景
目前，集输油站的运行中，存在如下一些问题：
a、大部分站库还沿用着传统的生产模式，存在不足；
b、集输系统操作上繁琐，工人劳动强度大，效率低，系统运行波动大，稳定性差;
c、安全性差，无预警的能力；
d、能源（油、气、电等）浪费严重;
e、计量盘库数据录取时差大, 存在较大的人为因素，生产数据信息流通不畅;
f、数据资源不能共享，整体协调困难；
g、现有的生产自动采集与控制设备利用率低;
h、站库规模不同，自动化的程度不统一，自控技术水平各异，没有统一的系统标准，管理难度大。

集输油站一般的运行流程如下：



针对于以上的情况，对站内生产实施罐区系统和加热炉流程自控系统改造，使前后生产环节、各个岗位上的操作工能够及时的联系、协调、处理问题，将会极大的方便生产和管理；这样提高生产的安全性和可靠性，而且大大减轻操作工人的工作负担，降低操作的难度，有比较明显的节能效果；将会使整个站内的安全生产能力和管理水平提高到更高的档次上，逐步实现FSC（故障安全自动控制系统）系统。

二、技术改造方案
1、控制方案
根据现场的情况，需要对大罐液位和界面；加热炉炉体的压力、温度、液位、进出口压力和温度，燃烧用天然气的压力，燃烧用天然气流量；天然气压缩机压力、温度；泵房可燃性气体报警等量进行测量。其中，尤其是大罐液位和界面，由于采用雷达液位（界面）仪，具有精度高，安全性好，寿命长的特点。将采集的数据通过现场总线传到FOCS控制系统，由程序进行处理，达到安全控制现场的目的。

2、安全保护措施
在控制室设立报警显示屏，将FOCS的控制信号接到报警显示屏上，一旦参数越限报警，启动灯光和声音，提示操作人员及时处理现场，把事故控制在发生之前。



3、方案编制依据
防爆等级为II级防爆场所，控制系统与现场仪表构成本安回路，防爆等级为：iaIIBT4

4、检测点说明
模拟量检测点：压力，温度，油液位，流量，可燃性气体报警。
开关量检测点：报警开关信号。

5、设备选型
1）仪表选型：根据防爆等级
检测仪表（压力、液位、界面、温度、可燃性气体报警）选型：PMC压力变送器、UTD电浮筒液位变送器、雷达液位（界面）计、超声波液位计、JWB温度变送器、JB-9600可燃性气体报警。

2）主控设备选型
控制器选型：作为控制系统的核心部分，必须具有极高的可靠性和较强的抗干扰能力，为此我们选择了北京和利时公司FOCS现场总线控制系统。
其具有以下优点：
它集仪表、电气、计算机于一体，集DCS、PLC、FCS优点于一身，可以创建控制、通讯、监测、图形、操作、诊断等所有的应用软件。FOCS结构灵活可变，可单独使用，也可并行使用，系统可大可小；冗余和不冗余方式可选。软硬件的高度集成，标准化和通用性可是设计工作量达到最少；多级隔离和本质安全设计及特殊的模块制造和涂覆保护技术。允许系统在恶劣的环境下工作；完全冗余的模块、通讯网络和操作站使系统可构成高可靠性容错系统；WATCHDOG功能、系统自诊断及故障状态下的自动处理等功能，可使系统防患于未然。
FOCS系统结构由以下几部分组成（如图）：




现场仪表：现场仪表仍然可以使用以往的三型仪表，这样即保护了用户的投资，也节约了成本。

主从控制站：通过现场总线技术与现场仪表和操作站进行连接，运行FOCSCON软件，完成实时控制,最多300个I/O点, 32个回路。冗余站，作为备份站点，一旦主控站发生故障，冗余站可以马上接受控制，避免系统彻底崩溃，提高系统的可靠性。

操作站：用于组态编程、监视与操作、联网通讯等功能，运行FOSFIG 与FOSCADA软件。

手工录入数据接口：对站内的密度、含水等参数无法通过仪表检测，直接手工输入。

实时数据库：该FOCS系统可将数据发布到MIS网上，直接进入实时数据库，为用户浏览数据提供数据源。

其基本工作原理是：现场仪表通过脉冲输入模块、模拟量输入模块、热电阻输入模块、开关量输出模块等模块接到普通端子底座模块上，模块通过现场总线连接到主控器上，主控器通过arcnet网络与操作站相连，操作站之间通过以太网连接，形成局域网通讯系统，并由操作站完成组态、监控和人机交互等功能。而主控器可以脱离操作站独立运行，形成了分级控制。

3）直流电源选型：24V、线性、最大额定电流5A。

4）交流电源：供电系统采用由净化电源、UPS、UPS电池组组成的串联系统，在外来供电突然停掉的时候，UPS会自动启用UPS电池组后备电源，来继续维持整个系统用电，持续时间可达2小时以上，甚至可达6、7小时。为整个系统提供了坚实的后盾。

三、安全监控改造实现的功能和目标
1、提高安全生产能力
由于FOCS自动监控系统是对整个生产流程进行实时监控，可以使操作工人对生产流程的各个环节清楚的把握，及时的反馈生产信息。因此可以对各个需要报警的量进行报警保护，而且可以人工设定报警的方式以及报警的上、下限，极大的灵活性方便了使用。报警到来时，系统会用声、光、图象等报警信号来提示操作人员，及时的对故障进行处理，并且可以记忆报警数据，具有事故追忆等功能，为以后的事故分析提供了真实有效的资料，提高安全生产能力而且还大大减轻了操作工人的劳动强度，有效的保障了生产的运行。自动监控系统节约了大量的维护费用、减少了生产事故的发生，带来了可观的经济效益和社会效益，同时系统具有良好的保护功能，如超压自动停泵等。

2、提高整个系统运行效率，实现实时报表处理和多层次管理
FOCS自动监控系统可以自动调节系统的运行参数，使之在最佳的效率点上运行，其报表管理功能可以对生产的各个环节的各个数据量进行自动存储、自动显示、自动打印，以及历史数据的查询，完全改变过去人工抄表、计算、制表的工作方式。同时各层领导可以随时掌握运行动态。

3、提高自动化生产管理能力、降低劳动强度
采用FOCS自动监控系统，可以使操作工人对整个生产流程的各个环节清楚的把握，及时的反馈生产信息，提高自动化生产能力而且还大大减轻了操作工人的劳动强度。此外，FOCS自动监控系统还有自动计量、事故追忆等功能，为以后的事故分析提供了真实有效的资料。

4、改善分水器的油水处理工艺
自动控制系统可以对一、二级分水器进行实时调控，使分水器运行在最佳的分水状态效果上，有效的降低出油含水，而且，该系统所处理的各个数据量，可以通过现场总线传输到FOCS系统的操作站上，实现了对分水器的远程控制与管理，达到输油站的统一监控与管理。

5、建立油气集输智能化管理新模式
FOCS系统不仅可以有效的对一个站点进行监控和管理，同时可以通过其先进的网络功能，实现油气集输智能化管理模式。在站内操作站可以完成对现场数据的采集、存储、显示、报警、设备保护和装置的控制。该操作站对站内的控制管理具有最高的权限，可以设定各个调节器的工作参数，报警上下限等，是一个完善的小型控制系统。
FOCS系统可与MIS网连接，将数据在网上发布。通过该网络系统，管理者可浏览所有数据，参与生产抉择，形成一个分级分层的管理系统，开辟了油气集输智能化管理的新模式。使油气集输的生产运行、管理提到一个更高的层次，逐步形成智能化管理新模式。

四、应用效果
该FOCS系统在河口采油厂投用以来，取得了用户的好评，普遍认为应用效果较好，可靠性高，抗干扰能力强，减轻了操作人员的劳动强度，取得了很好的经济效益和社会效益。

参考文献：
[1] 北京和利时，FOCSTM Hardware Handbook，北京和利时系统工程股份公司，1998
[2] 北京和利时，FOCS控制系统组态的方法和技巧，北京和利时系统工程股份公司，1998
[3] 吉林工大，唐济扬，《Profibus传输协议与在自动化系统中的运用》，吉林工业大学出版社，1999
[4] Profibus传输协议及三种现场总线运用，中国工业出版社，2000
[5] 浙江大学，周春晖，《化工过程控制原理》，浙江大学出版社，1998

作者：
257200 山东新大通石油环保有限公司（山东东营河口区中心路68#）0546-8663580/2-8003
张泽宇(13954605283) 项目工程师,2000年毕业于石油大学（华东）自动化系自动化仪表及应用专业。毕业后一直从事油田自动化改造，曾多次参与站库自动化改造。先后多次在和利时培训，对FOCS系统有较好的掌握。
王红莲 2001年毕业于江汉石油学院自动化应用专业，项目工程师；2002年参与河口集输站的改造。