【正文】 通過量程模塊可以機(jī)械調(diào)整電流 /電壓的基本測量范圍。 該模塊具有如下特點(diǎn)： 內(nèi)置輸入 /輸出 ： 16 個(gè)數(shù)字量輸入 (均可用于報(bào)警處理 )和 16個(gè)數(shù)字量輸出。對(duì)用戶來說 ,分布式 I/O 單元可作為一個(gè)集中式單元來處理 (相同的組態(tài)、編址和編程 )。 在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP 各保留一個(gè)連接。 CPU 313C2 DP 的性能指標(biāo)如下： 因 此， 314C2 DP CPU 可以用作局部單元進(jìn)行快速預(yù)處理，也可以用作帶從屬現(xiàn)場總線系統(tǒng)的一個(gè)高級(jí)控制。 313C2 DP CPU 313C2 DP 是一個(gè)用于分布式結(jié)構(gòu)的緊湊型 CPU。所有這些特點(diǎn)使 IPC610H 成為性價(jià)比最佳和總價(jià)最優(yōu)的選 擇。 圖 321十一號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置圖 （ 2） 系統(tǒng)硬件功能簡介 研華工控機(jī)簡介 IPC610H IPC610H是 4U高 14 槽機(jī)架安裝工業(yè)整機(jī)，帶 PFC（功率因數(shù)補(bǔ)償）電源的高效 300WATX 和易于維護(hù)的雙冷卻風(fēng)扇。系統(tǒng)的通訊連接采用 Profibus 總線 與 MPI 通訊協(xié)議將系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起， 使系統(tǒng)具有充分的開放性、準(zhǔn)確性，同時(shí)保障了系統(tǒng)具有較先進(jìn)的監(jiān)測、控制水平。 綜合考慮控制要求的指標(biāo)，系 統(tǒng)可靠性、安全性、擴(kuò)展性，以及系統(tǒng)的性能價(jià)格比，還有系統(tǒng)應(yīng)具有一定的先進(jìn)性，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的選擇與配置。 如下圖 32 所示?？刂剖以O(shè)在儀表間，全站的儀表信號(hào)全部引到控制室。十一號(hào)聯(lián)合站的水流工藝如下圖 312 所示。鍋爐中經(jīng)過加熱以后的水是用來加熱原油的，即要進(jìn)入換熱器。污水池中 的污水經(jīng)過污水回收泵進(jìn)入到污水緩沖罐，經(jīng)過提升泵提升后進(jìn)入注水罐，最后進(jìn)入到注水泵房中通過注水泵注入注水井中。 圖 311十一號(hào)聯(lián)合站工藝流程圖 十一號(hào)聯(lián)合站水流工藝分析 水流工藝在聯(lián)合站正常生產(chǎn)中 起著重要的作用。另外還有汽車?yán)偷叫队统?，在?jīng)過卸油罐進(jìn)入到進(jìn)站管線。從油氣分離器出來的原油進(jìn)入到沉降罐，再一次進(jìn)行油水分離。 油田生產(chǎn)管理運(yùn)作情況描述 ： 換 熱器油 氣 分離 器沉 降罐計(jì) 量 站 來 油天 然 氣分 離 器污 水 接收 罐凈 化油 罐燃 料 氣 或 放 空裝 車 或外 輸 計(jì) 量排 污卸 油罐汽 車 拉 油 圖 31 十一 號(hào)聯(lián)合站的工藝流程簡圖 十一號(hào)聯(lián)合站原油生產(chǎn)工藝流程分析 計(jì)量站來油 首先經(jīng)過換熱器進(jìn)行加熱，經(jīng)過加熱以后進(jìn)入油氣分離器，油氣分離器可以將原油進(jìn)行油、氣、水三相分離。 現(xiàn)在油站正在逐步發(fā)展，各方面逐漸趨于成熟。 十一 號(hào)聯(lián)合站的主要工藝流程包括有來車卸油、管輸進(jìn)站、油氣分離、原油沉降脫水、存儲(chǔ)和汽車?yán)屯怃N等。 從國內(nèi)油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程和今后的發(fā)展趨勢來看，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)越來越多的應(yīng)用到油田監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，而且必將向油田的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化方向發(fā)展。就現(xiàn)有的種種監(jiān)控系統(tǒng)來看，它們分別使用了不同的儀表檢測現(xiàn)場數(shù)據(jù)；硬件部分則有的全部采用國外的成套產(chǎn)品，有的利用不同型號(hào)的單片機(jī)或 PC 機(jī)及多種模塊芯片組裝而成；上位機(jī)的 HMI管理系統(tǒng)就更是通過各種應(yīng)用軟件編寫實(shí)現(xiàn)，完成各自所需的監(jiān)視管理功能。該項(xiàng)自動(dòng)化工程投資 3200 萬元，創(chuàng)效益 億元，其投入產(chǎn)出比為 1∶ 9，并鍛煉出一支高水平的自動(dòng)化開發(fā)應(yīng)用隊(duì)伍，被中國石油天然氣總公司列為新技術(shù)推廣示范工程。系統(tǒng)內(nèi)連接著 27 家國內(nèi)外廠商的一萬 多臺(tái)智能儀表，實(shí)現(xiàn)了井口計(jì)配站無人值守，自動(dòng)監(jiān)視生產(chǎn)狀態(tài)并報(bào)警。該系統(tǒng)配套油藏工程、 采油工程、油氣集輸工程、輕烴回收工程和水、電、通信、公路、消防等工程，系統(tǒng)復(fù)雜，功能齊全，在國內(nèi)陸上油田尚無先例。被譽(yù)為“世界一流，國內(nèi)領(lǐng)先”，是陸上油田開發(fā)的典范”，效益好、成本低的“高效開發(fā)油氣田”。系統(tǒng)硬件全部采用貝克公司（美國 BAKER CAC）的產(chǎn)品。 新疆彩南油田是我國投入開發(fā)的第一個(gè)百萬噸級(jí)自動(dòng)化沙漠整裝油田，它位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部，自然條件極為惡劣。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)油田聯(lián)合站在監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域起步較晚，初期發(fā)展比較緩慢 .。美國 LUFKIN 公司最近推出的 PRC 油井自動(dòng)控制系統(tǒng)功能齊全，完全能夠滿足對(duì)油田抽油機(jī)井進(jìn)行全方位測控的需要。目前國外油田更是建立了從原油開采、存儲(chǔ)、加工、銷售全面監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)，將自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)上升到了現(xiàn)代管理的高度。國外油田在二十世紀(jì)八十年代就達(dá)到了分布式監(jiān)控階段。 第二章 國內(nèi)外油田集輸聯(lián)合展監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 國外油田自動(dòng)化監(jiān)控工作起步較早 .早在五十年代，美國海灣公司就建成了第一套自動(dòng)化監(jiān)控輸送系統(tǒng)（ Ledge Automatic Control Transmission System，簡稱 LACT）裝置，解決了原油的自動(dòng)收集、處理、計(jì)量和輸送問題。但是國內(nèi)大多數(shù)中小油田聯(lián)合站依然沒有建立生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，檢測 方式落后，控制系統(tǒng)采用氣動(dòng)儀表甚至是手動(dòng)控制。 日前，國內(nèi)一些油田地面聯(lián)合站都作了較大的技術(shù)改造，以適應(yīng)安全生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理的要求。控制系統(tǒng)落后、安全性低等。但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、原油產(chǎn)量的提高，使聯(lián)合站的集輸處理量不斷增加，原有工藝和系統(tǒng)出現(xiàn)了很多問題。在油田地面工程，特別是具有綜合處理能力的聯(lián)合站原油生產(chǎn)，油、氣、水處理、原油集輸裝置技術(shù)改造相比一般總是相對(duì)滯后，如生產(chǎn)過程參數(shù)的監(jiān)測和生產(chǎn)過程控制裝置技術(shù)陳舊，設(shè)備老化等諸多影響安全生產(chǎn)的問題都 亟待 解決。第一章 概 述 課題概述 本課題來源于延長油田股份有限公司靖邊采油廠 十一號(hào)聯(lián)合站 油田監(jiān)控系統(tǒng)的研究項(xiàng)目，目的是通過對(duì)該站監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性研究，確保監(jiān)控系統(tǒng)正常工作 ,保證原油平穩(wěn)集輸和安全生產(chǎn)，有效控制生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高工人的工作效率和安全系數(shù)使聯(lián)合站的自動(dòng)化水平得到較大提高，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。 課題背景 隨著我國加入 WTO 組織，中國能源市場的競爭將日趨激烈，油田企業(yè)要適應(yīng)這種變化，除不斷提高原油產(chǎn)量外，加快生產(chǎn)管理自動(dòng)化和安全監(jiān)控設(shè)備的建設(shè)，也是提高競爭 力的有效手段。 我國油田采油廠聯(lián)合站大多是在 70 年代所建，因?yàn)楫?dāng)時(shí)原油產(chǎn)量低，集輸處理量小，靠人工測量、手動(dòng)操作即可完成。由于監(jiān)測參數(shù)量多，靠人工檢測化驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大，計(jì)量原油不準(zhǔn)確，人工檢測儲(chǔ)油罐液面、油水 界面不精確 。這些因素給聯(lián)合站生產(chǎn)操作和管理帶來很大困難。如新疆塔里木油田三塘湖聯(lián)合站，建立了生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)，站內(nèi)控制室將全站工藝流程、生產(chǎn)參數(shù)等統(tǒng)一監(jiān)控，減少了安全隱患，減少了每天上崗操作工人的數(shù)量，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生 產(chǎn)率。 因此，研制開發(fā)油田企業(yè)的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)裝置的 關(guān)鍵回路及主要工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)視，同時(shí)將生產(chǎn)過程系統(tǒng)與管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息與管理信息的集成，為管理決策層提供可靠的決策依據(jù)，具有很大的實(shí)際意義和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 六十年代，Arco 油氣公司的 Iatan East Howard 油田將 PLC（可編程序邏輯控制器） 用于注水控制，并很快發(fā)展到報(bào)警、泵控、橇裝試井裝置等其它領(lǐng)域。目前國外油田更是建立了從原油生產(chǎn)、儲(chǔ)存、銷售全面監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)，將自動(dòng)化系統(tǒng)上升到了現(xiàn)代管理的高度。如：英國石油公司建立的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測到的地質(zhì)情況自動(dòng)控制油井的產(chǎn)量，保證地層原 油達(dá)到最大采收率。而且，美國油田甚至將原油銷售過程中溫度影響體積導(dǎo)致的銷售差額都考慮、設(shè)置到自動(dòng)化管理系統(tǒng)中，代表了當(dāng)前世界的最高水平。九十年代以來在長輸管道方面、西部油田、海洋采油平臺(tái)引進(jìn)了一些比較先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和技術(shù)，在經(jīng)過近十年的發(fā)展應(yīng)用后也達(dá)到了集中分布式監(jiān)控階段，正向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的現(xiàn)代企業(yè)自動(dòng)化方向發(fā)展 。該油田建成一個(gè)兩級(jí) SCADA 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了采油井、采注計(jì)量站定時(shí)巡檢、自動(dòng)倒井計(jì)量、集中處理站數(shù)據(jù)監(jiān)控、油氣采集、信息采集及處理的全面自動(dòng)化。 吐哈油田從 1992 年開始相繼建立了鄯善、溫吉桑、丘陵三大主力油田的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。該油田地處人口稀少，環(huán)境惡劣，且系統(tǒng)的測控點(diǎn)多而分散，覆蓋區(qū)域廣，工藝過程參數(shù)的多樣性且不穩(wěn)定，形成的控制子系統(tǒng)多，為此在油氣水集中處理的聯(lián)合站采用大型 TDC3000 或大型 PLC（可編程序邏輯控制器） 集散控制系統(tǒng)，與分散的井站采用 RTU“三遙”的遠(yuǎn)程終端裝置構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)采集和就地控制的方法，通過無線或有線傳輸?shù)慕Y(jié)合融于 NOVELL 網(wǎng)中，而形成一體的合成系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前運(yùn)行安全可靠，年穩(wěn)產(chǎn)原油300 萬噸，日處理天然氣 210 萬立方米，日產(chǎn)輕烴 660噸，日產(chǎn)干氣 160萬立方米，日注水 22 萬立方米，日處理污水 萬立方米，這些均由自動(dòng)化系統(tǒng)控管，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量連續(xù)三年翻番。 雖然近年來，自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)早己不再局限于管道和海上平臺(tái)，而是開始迅速向陸上石油 生產(chǎn)業(yè)延伸，但目前在全國油田范圍內(nèi)，安裝了此類自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行油田生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控的井、站仍不到 5%。但它們也或多或少存在著諸如對(duì)生產(chǎn)過程和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的選擇不合理；檢測方法誤差嚴(yán)重，檢測次數(shù)少，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備存在的問題；下位機(jī)采集速度慢，達(dá)不到實(shí)時(shí)要求；上位機(jī)分析處 理手段欠缺，很多情況下，不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行局部細(xì)微的分析，難以讓工程技術(shù)人員準(zhǔn)確的掌握第一手資料。 第三章 十一號(hào)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)簡介 十一號(hào)聯(lián)合站工藝流程 十一號(hào)聯(lián)合站 主要完成油氣生產(chǎn)過程中原油及天 然氣的收集和輸送任務(wù)，是油氣生產(chǎn)的關(guān)鍵過程。聯(lián)合站內(nèi)設(shè)有卸油鶴位和兩個(gè)裝車 鶴位，同時(shí)配備有 2400m3/d 注水能力和 2800m3/d 的污水處理能力。 下圖 31為十一號(hào)聯(lián)合站主要工藝流程簡圖。分離出來的天然氣經(jīng)過天然氣分離器與 天然氣分水器進(jìn)入鍋爐房或供生活用氣，或者經(jīng)過放空管被排放出去。經(jīng)過這次沉降，進(jìn)入到凈化罐進(jìn)行原油凈化，便可以進(jìn)行原油外銷。 圖 311 是 十一 號(hào)聯(lián)合站的工藝流程圖 。 從下圖 312 中，我們可以了解到 水路圖中包括有注水泵房、鍋爐間、水處理間。在水處理間中將水進(jìn)行軟化處理后進(jìn)入鍋爐進(jìn)行加熱。消防水罐中的水是在出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)用來滅火的。 卸油罐和儲(chǔ)油罐區(qū)工控計(jì)算機(jī)現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)可編程邏輯控制器 （ PLC ）CRT污水處理現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)油氣分離器現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝卸車泵房注水 、 藥劑泵房現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 312十一號(hào)聯(lián)合站水路圖 十一號(hào)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)簡介 十一號(hào)聯(lián)合站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用 PLC(可編程邏輯控制器 ),實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的工藝流程監(jiān)控，保障工藝流程的安全，可靠 ，平穩(wěn)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工藝系統(tǒng)參數(shù)的顯示，數(shù)據(jù)處理，報(bào)警和數(shù)據(jù)歸檔。監(jiān)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的。 圖 32監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件介紹 （ 1）系統(tǒng)硬件介紹 十一號(hào) 油田聯(lián)合站控制系統(tǒng)采用 2 臺(tái)工控機(jī) (IPC)作上位機(jī) ,1 臺(tái)可編程控制器 S7300（ PLC）作為下位機(jī)，構(gòu)成 IPC+PLC+Profibus 的集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 油田聯(lián)合站生產(chǎn)過程中各工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測與控制。 根據(jù)十一號(hào) 聯(lián)合站的工藝特點(diǎn)和工藝設(shè)備的技術(shù)要求，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為 顯示器、工控機(jī)、 PLC、 模擬量與數(shù)字量 輸入輸出模塊 。 本次 監(jiān)控系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)如表 321 所示： 信號(hào) 類別 監(jiān)測 控制 順控安 全 機(jī)泵運(yùn)行 總計(jì) 自動(dòng) 手動(dòng) 輸入信號(hào) AI 4— 20mA兩線制 44 44 DI 無源觸點(diǎn) 2 2 輸出信號(hào) AO 4— 20mA 2 2 DO 繼電器觸點(diǎn) 220V AC/10A 15 15 CIO RS185（ MODBUS） 表 321 十一 號(hào)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng) I/O 變量表 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備如表 322 所示： 序號(hào) 名稱 型號(hào) 技術(shù)要求 數(shù)量 1 工控機(jī)主機(jī) 研華 IPC610 IPC610H/PCA60006LV/P2 三星顯示器 22 寸 CRT 22 寸三星顯示器 2 臺(tái) 3 彩色打印機(jī) HP5100SE 彩色噴墨打印機(jī) 1 臺(tái) 4 CPU CPU 313C2 DP 16個(gè)數(shù)字量輸入 (均可用于報(bào)警處理 )和 16個(gè)數(shù)字量輸出 1 塊 5 模擬量輸入 模塊 西門子 SM331 16 路模擬量輸入 5 塊 6 模擬量輸入 輸出模塊 西門子 SM334 1 塊 7 數(shù)字量輸入 模塊 西門子 SM321 1 塊 8 數(shù)字量輸出 模塊 西門子 SM322 1 塊 9 可編程邏輯 控制器 PLC S7300 1 塊 10 網(wǎng)卡 CP5611 網(wǎng)卡 2 塊 表 322