彭年仔

（上海石油天然氣有限公司天然氣處理廠，上海 201304）

1 研究背景

某天然氣處理廠目前使用超聲波流量計對外輸干氣進(jìn)行貿(mào)易計量，并利用該流量進(jìn)行外輸控制。雖然超聲波流量計有精度高，維護(hù)方便等優(yōu)點，但在實際使用過程中，氣動控制閥在動作過程中的噪音及其他外界噪音都可能影響超聲波流量計的正常工作，從而導(dǎo)致短時間內(nèi)超聲波流量計讀數(shù)異常，甚至數(shù)據(jù)缺失。當(dāng)外輸干氣流量調(diào)節(jié)閥FCV200投運(yùn)時，由于突然出現(xiàn)較大的控制偏差，引起外輸閥門迅速開大，使膨脹壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速突然升高，若操作人員不能及時進(jìn)行正確干預(yù)，將導(dǎo)致膨脹壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速高高報而發(fā)生停車事故。故障出現(xiàn)后經(jīng)多次與超聲波流量計供應(yīng)商溝通，采取了增強(qiáng)超聲波流量計抗干擾能力的措施，降低了故障頻度，但仍未徹底消除。因此，考慮通過調(diào)節(jié)閥FCV200控制功能的分析，挖掘DCS控制系統(tǒng)的潛力，尋求通過控制功能的改善來克服大偏差所引起波動的方案，同時也能防止操作人員在輸入設(shè)定值時的誤操作所引起的外輸流量控制閥的波動。

2 控制功能的分析

某天然氣處理廠采用FOXBORO公司的I/A′S系統(tǒng)，流量控制閥FCV200的控制邏輯由SUM1200_1、FIC1200_CAL、CALC_1、Z2SWCH200和Z2FIC200五個邏輯模塊組成?？刂七壿媹D如圖1所示。

（1）模塊SUM1200_1（MATH），見圖2。它是一個數(shù)學(xué)運(yùn)算MATH模塊，用于將三個外輸干氣超聲波流量計FI201_1、FI200_1、FQ1200的讀數(shù)累加，結(jié)果輸出至RO01。

（2）模塊FIC1200_CAL（CALC），見圖3。它是一個計算CLAC模塊，提供 50 步順序執(zhí)行的算術(shù)和邏輯運(yùn)算功能，滿足其它模塊不易實現(xiàn)的特殊控制要求。該模塊完成下列7個邏輯運(yùn)算。

a) 一期膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速SI268 ≥3000 r時，布爾型輸出BO03為0；

一期膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速SI268< 3000 r時，布爾型輸出BO03為1。

b) 二期膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速SI1268 ≥3000 r時，布爾型輸出BO04為0；

圖1 FCV200調(diào)節(jié)閥的控制邏輯圖

圖2 SUM1200_1(MATH)運(yùn)算功能塊

二期膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速SI1268 <3000 r時，布爾型輸出BO04為1。

c)若SI268或SI1268中有一個<3000 r時，布爾型輸出BO02為1。

d)若SI268和SI1268全部<3000 r時，布爾型輸出BO01為1。

e)若SI268和SI1268全部<3000 r時，RO01 =0。

f)若SI268和SI1268全部≥3000 r時，RO01 =1900。

g)若SI268和SI1268一個<3000 r，一個≥3000 r時，RO01=1200。

（3）模塊CALC_1（CALCA），見圖4。該模塊的主要功能如下：

a)當(dāng)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速SI268和SI1268全部<3000 r時，輸出BO01 = 0至FIC200（PIDA）模塊的AUTOSW參數(shù)，將FIC200模塊切換到手動狀態(tài)。

圖3 FIC1200_CAL(CALC)計算功能塊

圖4 CALC_1(CALCA)計算功能塊

b)若SI268和SI1268只有一個<3000 r，或者全部>3000 r時，輸出BO03至FIC200（PIDA）模塊的REMSW參數(shù)，將FIC200模塊切換到遠(yuǎn)程設(shè)定值狀態(tài)，這時設(shè)定值將會自動跟蹤FIC1200_CAL（CALC）模塊的長整形輸出RO01。

（4）模塊Z2SWCH200（SWCH），見圖5。

它是開關(guān)功能模塊。當(dāng)模塊參數(shù)Toggle為0時，模塊的輸出值為INPUT1，當(dāng)Toggle為1時，模塊的輸出值為INPUT2。該模塊用于當(dāng)工況處于ESD、 PAHH112高報、操作員手動停裝置時，將Toggle參數(shù)置1，將INPUT2內(nèi)的數(shù)值0送入FIC200（PIDA）模塊內(nèi)的HOLIM參數(shù)，將FCV200閥門開度的上限置0，達(dá)到閉鎖關(guān)閥門的目的。

（5）模塊Z2FIC200（PIDA），見圖6。它為一個先進(jìn) PID 功能模塊，除可執(zhí)行傳統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)功能，組態(tài)成比例、積分、比例微分、比例積分和比例積分微分等五種控制方式外，還可實現(xiàn)前饋控制等附加功能。

圖5 CALC_1(CALCA)計算功能塊

圖6 Z2FIC200先進(jìn)PID控制功能塊

綜上述，外輸干氣調(diào)節(jié)閥FCV200采用傳統(tǒng)PID控制，并通過一些邏輯功能模塊增加輸出鉗位功能、非正常狀態(tài)切手動功能及設(shè)定值遠(yuǎn)程跟蹤功能。具體功能如下：

a)當(dāng)一期生產(chǎn)裝置出現(xiàn)ESD等動作，操作員手動關(guān)斷狀態(tài)時，F(xiàn)CV200閥門閉鎖關(guān)閉。

b)當(dāng)一期二期生產(chǎn)裝置中膨脹壓縮機(jī)組同時關(guān)斷時，F(xiàn)CV200閥門置手動狀態(tài)。

c)當(dāng)一期二期生產(chǎn)裝置中膨脹壓縮機(jī)組膨脹機(jī)同時開啟時，F(xiàn)CV200采用自動控制模式，同時設(shè)定值自動設(shè)為1900。

d)當(dāng)有一臺膨脹機(jī)停運(yùn)時，F(xiàn)CV200采用自動控制模式，同時設(shè)定值自動設(shè)為1200。

3 控制功能的完善

盡管控制回路運(yùn)行正常，為減小對外輸流量計信號的波動和干擾，根據(jù)生產(chǎn)實際需求，我們?nèi)孕薷暮屯晟屏苏{(diào)節(jié)閥控制功能。根據(jù)上述FCV200組態(tài)邏輯的分析，可采取下列措施。

3.1 FCV200控制偏差大時報警并切手動

圖7 CALC_2（CALCA）計算功能塊

建立圖7所示CALC_2(CALCA)模塊用于邏輯判別。即通過設(shè)置HDALIM和LDALIM兩個參數(shù)實現(xiàn)，這兩個參數(shù)分別是當(dāng)測量值(MEAS)超過或低于設(shè)定值(SPT)一定數(shù)值時，將DALOPT偏差報警設(shè)置為1，因此，觸發(fā)對應(yīng)的高低控制偏差報警，同時HDAIND和LDAIND的布爾量輸出值置1。

該功能塊作用是將Z2FIC200的高低偏差指示器和FIC1200_CAL的布爾量輸出BO01一起做邏輯判定，三個條件中只要有一個條件滿足，則輸出CALC_2.BO02為1，反之若三個條件邏輯輸出都為0，則CALC_2.BO02為0。然后再以CALC_2. BO02替代FIC1200_CAL模塊的BO01參數(shù)來驅(qū)動Z2FIC200模塊的手動輸出開關(guān)MANSW，這樣就可以在不影響原來邏輯功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)控制偏差大時，實現(xiàn)閥門開度切換到手動控制的目的。

3.2 測量信號故障時切手動

可通過設(shè)置MBADOP參數(shù)為1來實現(xiàn)。該參數(shù)的作用是當(dāng)PID模塊的測量值顯示為壞信號（BAD）時，將模塊的輸出值切手動，同時提示操作人員進(jìn)行報警確認(rèn)，一直到壞信號故障消除為止。只有通過操作人員將手動狀態(tài)切換為自動狀態(tài)，PID模塊才能恢復(fù)為自動運(yùn)行，該參數(shù)和MANSW參數(shù)一樣在手/自動選擇參數(shù)里具有最高的優(yōu)先級。

4 應(yīng)用效果

通過采取上述措施，完善調(diào)節(jié)回路FCV200的控制功能后，閥門控制完全滿足生產(chǎn)需要，投運(yùn)一年多沒有發(fā)生過超聲波流量計信號波動，造成生產(chǎn)停車的事故，確保了外輸供氣的平穩(wěn)和安全。