世纪星组态软件在油田计量站控制系统中的应用

本文来源：《世纪星月刊》创刊号   作者：秦大龙

1 系统概述

　　计量站是油田的重要组成部分。计量站生产担负着站内各个油井的液、油计量任务，需要及时、准确地为油田地质部门提供油藏工程资料。油田计量站外输分离器的主要作用是将从地下打上来的原油进行分离，即对天然气、油、水三者进行分离，在分离器中天然气在最上层，油在中间层、水在最下层。一般用手动操作，油位很容易低于出油口，这样天然气就从出油口跑掉，造成很大的浪费，并且天然气的计量采用双波纹差压计进行手工测量很不准确，为解决这一问题，将油位和天然气采用自动控制和测量。

2 油井计量装置的构成

2.1 工作原理

　　单井来油经三相分离后，原油进入油桶，油桶内安装的液位变送器实时采集当前液位高度。当液面达到设置的上限排油高度时，PLC控制主泵排油，当液面达到设置的高限排油高度时，PLC控制主、备泵同时工作排油，防止原油溢出。原油经过在线含水分析仪，刮板流量计、薄膜阀等排出；分离后的水经水堰管口溢出，进入集水桶。当油或水液位降到设定的下限关阀高度时，排油泵关闭，进行下一桶的油或水的积累。在分离器顶部的气出口处，设有温度、压力变送器、过滤器、气体腰轮流量计、自动式调压阀、单流阀等。三相分离器的进油管线装有一套加药装置，可连续可控地给来油加破乳剂。

2.2 现场控制终端

　　现场控制终端采用PLC实现现场信号的采集和工艺控制，主要实现如下功能：
　　信号采集：采集现场反馈的液位、蒸汽温度、流量等模拟信号和门禁、泵状态等开关信号。
　　手自动切换：在现场维护或紧急状态时，可以通过人工方式将此站切换到手动状态，此时此计量站为现场手动控制，自动控制流程无效。监控中心只能监视此计量站，不能远程控制此站设备。
　　自动流程控制：计量站为自动状态时，PLC按照编写的控制流程实现自动控制。PLC可远程接收监控中心下传的参数，也可接受监控中心远程的控制命令。

2.3 现场总线

　　现场总线采用CAN总线实现监控中心与现场控制终端的网络连接，CAN总线具有以下特点：
　　1.CAN为多主站方式工作。网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息。可以方便的实现多中心控制。
　　2.CAN的直接通信距离最远可达10km（速率小于5kb/s），速率最高可达1Mbs（40m以内）。能够满足数据采集实时性的需求。
　　3.CAN上的节点数最高可达110个，为系统扩展预留有足够的空间。
　　4.CAN采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
　　5.CAN节点在错误严重的情况下有自动关闭输出功能，使总线上其它节点的操作不受影响。

3 计量站SCADA系统

　　监控中心采用世纪星组态软件构成数据采集和监控（SCADA）系统，完成生产监控、计量监控、现场控制参数设置、远程控制、趋势分析、故障报警、统计报表生成等工作。
　　为提高可靠性，监控中心采用双机热备结构构成上位机监控系统。主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的功能；当主机恢复正常后，从机将控制权交还给主机，从机重新处于监视状态。同时，世纪星组态软件双机热备还具备双机数据冗余功能，保障监控系统数据的安全、完整性。
　　世纪星组态软件同时提供Web浏览功能，世纪星的WEB 发布基于客户机/服务器（B/S）结构，由 Web 浏览器（客户机）和 Web 服务器（服务器）构成，两者之间采用 TCP/IP 传送协议进行通信。通过 IE 浏览器，输入服务器的 IP 地址，就可以查看现场的画面和数据。通过Web浏览功能，油田管理人员可以随时了解到当前生产情况及统计报表。

监控系统主要包括如下功能模块：

　　生产监控：实现现场工艺动画模拟、数据实时监控、远程参数传递、远程控制等功能。
　　趋势分析：趋势曲线分为实时趋势曲线、历史趋势曲线两种类型。
　　实时趋势曲线用于显示当前8小时采集数据的趋势变化状态，操作人员可以直观的观察到当前生产状况，及时发现生产中出现的异常情况，降低事故的发生。
　　历史趋势曲线用于历史数据的查看，操作人员可以通过点击曲线工具栏中的按钮按照指定时间间隔左、右滚动曲线。可局部放大曲线观察趋势情况，可指定起始时间、结束时间按照时间段查询趋势变化。
　　报警信息管理：系统可根据计量站情况分别设定不同参数的报警限，当发生报警时，系统自动切换到报警窗口，同时已声音、闪烁等方式提示操作人员。系统为每个计量站提供一个报警使能开关，当使能开关关闭时，此站报警功能暂时禁用，防止计量站维护时，频繁报警。报警信息分为实时报警、历史报警两种，历史报警窗口可以按照时间段查询历史报警信息。
　　报表统计：系统提供日报表、月报表、年报表、操作记录报表等多种类型报表，所有报表均可输出Excel格式，方便管理人员统计分析。日报表、月报表、年报表包含生产数据统计信息及设备运转统计信息，为生产决策及设备维护保养提供参考依据。操作记录报表记录参数下传、控制命令下发等关键信息，实现事故的追忆。
　　用户管理：用户管理是为系统安全操作而设计的。本系统操作权限分为管理员及普通用户两级。管理员登录后，可以操作系统提供的所有功能。普通用户登录后可浏览工艺画面、趋势画面等功能，不具备参数下传、控制命令等操作权限。

4 小结

　　本系统在油田实际使用，实现了实时监测油田生产动态，及时发现生产故障、事故隐患和自动完成计量任务，从而使油田现场生产管理制度发生了根本性转变，由昔日旧体制油田常规的以站设班，井站值守步行巡检制，变为井站无人值守故障巡检制；由以调度为中心指挥生产，变为以自动化中心控制室为中心指挥生产。大幅度减少现场工作人员的同时，由于生产资料几乎全部计算机处理，提高了资料处理的质量和速度，减少资料分析统计人员，极大地提高劳动效率，运行状态良好，有效改善工人的劳动强度，节约了能源，为油田计量站的科学管理提供有效的方法。