监控系统在油田聚合物注入采油中实现“四遥”
日期：2008-11-18 0:04:38 来源：中国自动化网
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注入聚合物是油田实现第三次采油的重要手段，其过程就是在配置站将聚合物与水按一定比例混合，经过一定时间熟化后，通过外输泵输往各个注入站。在注入站加清水稀释后注入井里。在控制方式上，普遍采用了“集中配置、分散注入”式的聚合物配注系统，即一个配置站对应多个注入站。
从现场实际情况来看，绝大多数“配注站”的控制系统中都存在一个共性问题：即缺少一套切实可行的综合控制系统。一方面，虽然在配置站都实现了自动化监控系统，但在注入站仍然是手动控制，注入站的工人要时刻监视储液罐的液位、压力、流量变化，手动进行调整，还要用电话与配置站联系，通知配置站调整外输泵变频器的频率和调节阀的开度，而具体的调整量还要双方多次联系，不断地调整，才能逐渐逼近所要求的目标，不仅劳动强度大，而且工作效率低。另一方面，由于配置站与注入站之间的距离遥远，直线距离一般都在1.5公里以上，而且中间隔有沼泽地，不仅架设线路困难而且不便于维护。
三维科技股份有限公司为此开发了多变量先进控制算法，并通过远程无线通讯的方式来建立配置站和注入站协调统一的综合控制系统，从而实现了“配注站”的“四遥”控制——遥测、遥信、遥调、遥控。
下面以大庆油田公司采油六厂某装置的“四遥”控制系统为例，着重说明“四遥”控制的实现方法。
一、 工艺流程简介
该装置的配置站带有两个注入站，配置站距最近的注入站的直线距离是2公里，两个注入站之间的直线距离是1.5公里，中间是大片的芦苇沼泽地。配置站有12个熟化罐、一台外输泵对应两个注入站，外输泵的转数由变频器的输出频率调节。每个注入站有十九台注聚泵和一个储罐。聚合物在注入站加清水稀释后注入井里。要求在聚合物注入过程中，储罐的液位保持稳定。泵的频率率直接决定聚合物的注入量，进而导致储液罐的液位变化。见图1。
当储液罐的液位发生变化时，就需要调整配置站外输泵变频器的输出频率来调整外输泵的转速，同时调整外输泵出口阀门的开度，当调整阀门的开度不能使流量达到要求时，应微调变频器，由此控制配置站输出到注入站的聚合物流量来调整注入站储液罐的液位。
目标量：一、二号储罐的液位
控制量：配置站变频器的转速和通往二个注入站的调节阀
二、控制系统的结构
计算机监控系统的控制方案是使用工业控制计算机加可编程控制器组成的自动控制系统代替原手动控制系统，配置站和注入站完全实现自动控制，通过数字电台进行数据通讯，达到配置站和两个注入站之间的联动控制，各站的控制系统组成一个有机的整体系统，改变过去自成体系的分裂局面。这样不但可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，而且可以很好地协调聚合物配置与注入之间量的关系，有效地降低成本，达到最佳配置效果。自动监控系统的结构如图2所示。
1、注入站的现场设备和控制、监测点
油田聚合物配置站通常带两个注入站，每个注入站有十九台注聚泵和一个储液罐，每个注聚泵出口与清水汇入处的母液管线上有压力变送器一台，电磁流量计一台，清水管线上有流量变送器一台。
2、可编程控制器（PLC）控制站
在配置站和两个注入站的底层控制都采用的是欧姆龙的可编程控制器，将PLC放置在专用控制柜中，设备的硬件可靠，技术先进，维护简单，软件采用梯形图设计。该PLC配有一RS232通讯接口，直接与操作站相联，在操作站上直接对PLC进行各种控制操作，人机交互简洁直观。
模拟量采集使用OMRON AD004卡，将流量、压力、液位等4—20mA的电流信号输入到PLC中，注入站的储罐液位则是配置站需要进行遥调的量，注入站的流量、压力信号属于遥测量。
现场的机泵控制输出，属于遥控量。配置站变频器的频率输出和调节阀的开度输出是使用欧姆龙AD004输出4～20mA的电流信号实现的。使用欧姆龙OC225将PLC的输出信号接人其它被控设备，控制注入站的注聚泵和配置站其它设备的启停。
现场设备的回讯以及一些报警信号检测是采用欧姆龙ID212将信号输入到PLC中，这些量是遥信量。
3、操作站
操作站采用工业控制机，操作系统采用Windows NT ，监控组态软件采用力控2.0。操作站的功能是完成人机交互，操作人员通过操作站控制设备的运转，监视设备状态，完成各种管理、监控功能
4、数字电台
数字电台接在操作站的RS232口上，作用是用无线电波代替RS232的物理线路，延伸通讯距离，而且不受地形等的限制。
三、应用软件设计说明
用户流程画面：
将工艺流程真实地在流程画面上反映出来，所有画面具有实时、立体、动态效果，不但具有直接显示每一个罐的液位、液体密度、各泵工作状态等功能，还可以通过PLC直接对设备进行控制和监视，具有保护和报警功能。
小组画面：
每个小组画面可以将一台主设备相关的设备、仪表指示等工艺状态形象的显示出来，便于观察和控制。
趋势：
每个液位和流量、压力等测量值都有历史趋势和实时趋势，历史趋势最长可达1年，操作工可根据要求随时进行检索。
语音报警：
对重要的生产数据都具有语音报警功能，当参数达到高限报警或低限报警时，由语音直接输出，提醒操作工注意。在注入站中，要求对储液罐液位、注聚泵出口压力以及配置站的熟化罐液位进行语音报警。
工艺记录打印：
根据工艺车间要求，可打印各种所需的报表和记录。
数据库开放功能：
本系统计算机配置的动态数据库为开放型，以便为将来全厂信息上网提供方便。
四、无线通讯实现“四遥”的方法
由于配置站及两个注入站之间的距离比较远且地理位置偏僻，使得互相之间的通讯比较困难。如果使用模拟/数字ISDN电话拨号方式实现通讯，一旦电话线路出现故障，因为地理位置偏僻，电信部门不会迅速修复，而且这种应用不同于上一节介绍的数据采集，通讯是双向的，因此通讯线路中断会影响生产的正常进行。我们利用力控?强大的通讯功能，采用数字无线电台，通过RS232串口设备服务器实现中心站与各分站的互连，使中心站与各分站间实现数据交换通讯，达到遥测、遥信、遥控、遥调的目的，如图3所示。
该系统的关键技术有两项：一是力控软件支持计算机间串口RS232的直接连接，二是使用数字电台。这我们将详细讨论力控软件中是如何通过计算机间的串口通讯共享数据从而实现“四遥”的
定义数据源
在两台注入站计算机上运行图形界面组态程序DRAW，在导航器窗口中单击“数据源对话框，弹出数据源定义对话框，单击“添加”在弹出的对话框的方式栏中选定“通过串口访问远程PC数据库”，然后选择串口和定义数据源名称，不妨将数据源定义为“注入站1”和“注入站2”如图5所示。在组态数据画面时，引用的数确选择相应的数据源，注入站与配置站之间就可以互相交换数据了。
当进入系统运行环境后，客户端的串口通讯程序SCOMClient会自动启动，如图4所示。在上面可以配置数。需注意，SCOMServer和SCOMClient的串口参数配置要完全一致
在服务器端，SCOMServer要通过“初始启动设置”单独自动启动。
五、系统运行情况
系统自2000年5月投用以来运行稳定可靠，为三次采油降低了大量人工成本。在调试中要注意无线电台的天线安装必须牢固，而且彼此方向要对准，电台使用的电源要保证质量，稳定性要好。
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从现场实际情况来看，绝大多数“配注站”的控制系统中都存在一个共性问题：即缺少一套切实可行的综合控制系统。一方面，虽然在配置站都实现了自动化监控系统，但在注入站仍然是手动控制，注入站的工人要时刻监视储液罐的液位、压力、流量变化，手动进行调整，还要用电话与配置站联系，通知配置站调整外输泵变频器的频率和调节阀的开度，而具体的调整量还要双方多次联系，不断地调整，才能逐渐逼近所要求的目标，不仅劳动强度大，而且工作效率低。另一方面，由于配置站与注入站之间的距离遥远，直线距离一般都在1.5公里以上，而且中间隔有沼泽地，不仅架设线路困难而且不便于维护。
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一、 工艺流程简介
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该装置的配置站带有两个注入站，配置站距最近的注入站的直线距离是2公里，两个注入站之间的直线距离是1.5公里，中间是大片的芦苇沼泽地。配置站有12个熟化罐、一台外输泵对应两个注入站，外输泵的转数由变频器的输出频率调节。每个注入站有十九台注聚泵和一个储罐。聚合物在注入站加清水稀释后注入井里。要求在聚合物注入过程中，储罐的液位保持稳定。泵的频率率直接决定聚合物的注入量，进而导致储液罐的液位变化。见图1。
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当储液罐的液位发生变化时，就需要调整配置站外输泵变频器的输出频率来调整外输泵的转速，同时调整外输泵出口阀门的开度，当调整阀门的开度不能使流量达到要求时，应微调变频器，由此控制配置站输出到注入站的聚合物流量来调整注入站储液罐的液位。
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目标量：一、二号储罐的液位
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二、控制系统的结构
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计算机监控系统的控制方案是使用工业控制计算机加可编程控制器组成的自动控制系统代替原手动控制系统，配置站和注入站完全实现自动控制，通过数字电台进行数据通讯，达到配置站和两个注入站之间的联动控制，各站的控制系统组成一个有机的整体系统，改变过去自成体系的分裂局面。这样不但可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，而且可以很好地协调聚合物配置与注入之间量的关系，有效地降低成本，达到最佳配置效果。自动监控系统的结构如图2所示。
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1、注入站的现场设备和控制、监测点
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油田聚合物配置站通常带两个注入站，每个注入站有十九台注聚泵和一个储液罐，每个注聚泵出口与清水汇入处的母液管线上有压力变送器一台，电磁流量计一台，清水管线上有流量变送器一台。
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2、可编程控制器（PLC）控制站
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现场的机泵控制输出，属于遥控量。配置站变频器的频率输出和调节阀的开度输出是使用欧姆龙AD004输出4～20mA的电流信号实现的。使用欧姆龙OC225将PLC的输出信号接人其它被控设备，控制注入站的注聚泵和配置站其它设备的启停。
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3、操作站
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4、数字电台
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数字电台接在操作站的RS232口上，作用是用无线电波代替RS232的物理线路，延伸通讯距离，而且不受地形等的限制。
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三、应用软件设计说明
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每个小组画面可以将一台主设备相关的设备、仪表指示等工艺状态形象的显示出来，便于观察和控制。
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趋势：
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在服务器端，SCOMServer要通过“初始启动设置”单独自动启动。
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