天然气净化厂生产实时数据集成方法创新

1.目的

集散控制系统（DCS）的核心思想是集中管理、分散控制。可编程逻辑控制器（PLC）具有高可靠性、模块化设计、安装维护便捷等优点。DCS与PLC构成了天然气净化厂的自动化控制系统。生产现场的PLC系统布置分散且通讯各自独立，通常的设计方法为通过Modbus RTU通讯协议将关键数据上传到DCS系统进行监视。这种方式虽然成本较低，但却存在着数据传输速率低、数据采集质量差、通讯不稳定等不足，无法保证紧急情况下的正常联锁报警，给气田的安全平稳生产带来了一定的安全隐患。因此，将多个PLC系统生产实时数据高质量、高速度、全方位的集成到DCS系统进行集中管理及分散控制，对于降低天然气净化厂安全风险、提升自动化控制水平具有重要的意义。

2.方法

DCS系统数据采集刷新周期一般为500 ms，经过多次实验，发现采用基于工业以太网传输介质的实时传输协议——Profinet协议转换网关将PLC网络接入DCS系统控制网络，可以满足数据传输实时性、稳定性及控制设备故障诊断的需求。利用光纤通讯网络传输损耗低、频带宽、成本低廉等优点，采用光纤连接分散的PLC系统建立PLC系统光纤环网，实现分散控制对PLC数据采集质量的要求。在环网中增加PLC系统管理计算机，根据IP实现对所有PLC系统的组态、调试、远程诊断等功能。集成控制系统的结构如图1所示。

图1 PLC系统工业以太网结构示意图

3.作用和效果

中国石油西南油气田公司首次创新使用光纤环网和Profinet协议实现PLC系统生产实时数据集成到DCS系统后，取得了以下应用成效：①数据传输质量显著提升，通讯中断率由34%降低到0，确保自动化控制系统紧急情况下可以实现报警、联锁、控制，为工厂安全生产提供了有力保障；②通过工业以太网远程集中管理多个PLC系统，提高了PLC系统操作维护效率，员工维护工作量降低了70%；③通过已建成的PLC工业以太网络，可以就近在PLC系统接入周边新增的检测及控制信号，实现控制系统快速扩容——在中国石油西南油气田公司川西北气矿剑阁天然气净化厂停产检修中，需新增监测控制回路7个，采用此方法后，节约人工、材料成本20万元，缩短了施工时间，助力该天然气净化厂提前13天复产成功；④数据采集量增加，为后期建立基于数据驱动的工厂数据中心打下了基础，应用数据挖掘、数据分析等手段，提高了天然气产品质量、提升了天然气净化厂安全生产水平、降低了生产成本，助力天然气净化厂实现数字化转型、智能化发展。