摘要：自動(dòng)化技術(shù)可以提高計(jì)量準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)可靠性和及時(shí)性，為優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行、核算經(jīng)濟(jì)效益、強(qiáng)化生產(chǎn)調(diào)度和有效監(jiān)控生產(chǎn)過程，進(jìn)一步降低泵站工業(yè)噪聲污染，改善職工工作條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，避免職業(yè)傷害，延長設(shè)備使用壽命以及企業(yè)節(jié)能降耗工作起到積極作用。本文系統(tǒng)地介紹了MCS集散控制系統(tǒng)的組成、工作原理、技術(shù)指標(biāo)、功能特點(diǎn)以及在油田注水系統(tǒng)中的現(xiàn)場應(yīng)用情況等。 關(guān)鍵詞：集散控制 注水系統(tǒng) 自動(dòng)化 可編程控制器 應(yīng)用 系統(tǒng)效率 節(jié)能 孤東油田年產(chǎn)原油273萬噸，天然氣4940余萬立方米，總含油面積達(dá)75平方公里。目前共有注水站9座，其中離心泵注水站6座，柱塞泵注水站3座，安裝著DF200-150，DF300-150×9，DF350-150×9，DF400-150×9，159ZS，5D-WS59/25，3DS-28/26等七種型號的注水泵，裝機(jī)容量為67480 kW，設(shè)計(jì)供水能力為19.08×104m3/d。多年來，該油田各注水站一直采用人工錄取數(shù)據(jù)資料和設(shè)備巡檢制度，各注水泵機(jī)組及其輔助設(shè)備未能做到運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備預(yù)知性修保能力差，對機(jī)組的振動(dòng)、效率、泵的噪音未能開展檢測和有效控制，由此造成注水泵站系統(tǒng)效率不高，能耗大，故障率高，信息反饋速度慢等問題。為此，我們于2000年引進(jìn)應(yīng)用了MCS集散控制系統(tǒng)于各注水站，為油田提高注水系統(tǒng)效率和自動(dòng)化水平起到了良好的促進(jìn)作用。 1系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境 1.1工控機(jī) 硬件：（1）硬盤lGB以上；（2）內(nèi)存16MB以上；（3）主機(jī)P166以上；（4）顯示器選用大屏幕觸摸式顯示屏；（5）打印機(jī)一臺(24針寬帶打印機(jī))。 軟件：系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為中文Window NT 4.0；開發(fā)應(yīng)用軟件采用MCS系統(tǒng)工控組態(tài)軟件。 1.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 硬件:(1)P166MHZ以上CPU；（2）32MB以上內(nèi)存。 軟件：系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為中文Window NT 4.0+Service Pack 4.0或更高版本、IE 4.01或更高版本；應(yīng)用軟件采用SQL Server 7.0、 IIS 4.0和Excel 2000。 2 工作原理 2.1 基本原理 該系統(tǒng)通過智能傳感器組對現(xiàn)場各注水泵機(jī)組的壓力、溫度、流量、電流、電壓、用電量、振動(dòng)量、水位、油位、噪聲等物理量進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果由一根數(shù)據(jù)總線傳輸給可編程控制器PLC，經(jīng)可編程控制器數(shù)據(jù)計(jì)算以及注水站生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化處理后，第一路送至變頻器組去控制各泵出口電動(dòng)閥門，通過電機(jī)的無級調(diào)速來控制各泵的排量；第二路送至監(jiān)控系統(tǒng)（工控機(jī)），操作、顯示各泵及整個(gè)站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并將測試結(jié)果存入磁盤，打印輸出班報(bào)、日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)及效率分析表等；第三路送至異常處理（保護(hù)、報(bào)警）系統(tǒng)，確保注水站各部分的正常安全運(yùn)行；最后一路是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)各注水站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠(yuǎn)距離調(diào)控操作。根據(jù)有關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算出泵干壓差、泵效、單耗、各機(jī)組單臺系統(tǒng)效率及整個(gè)注水站的平均系統(tǒng)效率等參數(shù)。同時(shí)根據(jù)注水站生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)需要，若遇超限參數(shù)，則發(fā)出聲光報(bào)警和操作提示信號。該系統(tǒng)通過對各注水泵出口電動(dòng)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使各注水泵處于安全、高效工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行。 2.2 現(xiàn)場各物理量監(jiān)測 （1）壓力和液位檢測。采用意大利的TSK霍爾壓力傳感器將現(xiàn)場各壓力（液位）信號轉(zhuǎn)換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號輸入至PLC，由PLC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)算實(shí)際的壓力（液位）值，存入PLC中CPU數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 （2）溫度檢測。采用美國的DS1820溫度傳感器，將各點(diǎn)溫度信號按地址編碼由一根數(shù)據(jù)總線通過集線器直接與PLC通訊，將各溫度值存入PLC中CPU數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 （3）流量檢測。選用具有485通訊接口的電磁流量計(jì)，將瞬時(shí)流量和累計(jì)流量采用讀取儀表內(nèi)存的方法，經(jīng)485通訊接口直接送入PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 （4）用電量檢測。選用具有485通訊接口的智能電能表，將電機(jī)用電量采用讀取儀表內(nèi)存的方法，經(jīng)485通訊接口直接送入PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 （5）電壓、電流的檢測。通過安裝在強(qiáng)電柜中的變送器將各電量信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號給PLC，經(jīng)PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 （6）振動(dòng)量和噪聲的檢測。通過安裝在泵房中的震動(dòng)傳感器和噪聲檢測器將檢測信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號給PLC，經(jīng)PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。 2.3閥門控制 經(jīng)過上述現(xiàn)場各物理量的監(jiān)測和計(jì)算，得出各機(jī)組的電流、單耗和效率，根據(jù)其各系統(tǒng)運(yùn)行期望值的要求，PLC的調(diào)控控制程序通過實(shí)時(shí)控制變頻調(diào)速器的運(yùn)行頻率和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)泵電動(dòng)閥門自動(dòng)調(diào)控，并將調(diào)控結(jié)果反饋給PLC，使注水泵始終處于安全、高效的運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)有效實(shí)現(xiàn)閥門電機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中的過電流和過電壓保護(hù)。 2.4提示操作 通過對泵出口壓力與注水管網(wǎng)干線壓力的檢測，計(jì)算出泵干壓差。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化調(diào)控措施后泵干壓差仍超出上限時(shí)，微機(jī)屏幕發(fā)出“申請減泵”提示；反之則發(fā)出“申請加泵”提示；當(dāng)單臺機(jī)組系統(tǒng)效率低于下限時(shí)，發(fā)出“申請換泵”提示；每次提示操作均同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號。 2.5保護(hù)及報(bào)警 當(dāng)注水系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)突發(fā)性故障和嚴(yán)重超出調(diào)控值時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并給予提示，以及自動(dòng)緊急跳閘斷電停機(jī)保護(hù)等措施，同時(shí)工控機(jī)能自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，顯示報(bào)警畫面。在沒有操作人員按下報(bào)警應(yīng)答指令前，無論是否執(zhí)行停機(jī)命令，系統(tǒng)一直保持報(bào)警提示狀態(tài)，確保注水系統(tǒng)在高效安全狀態(tài)下運(yùn)行。 2.6網(wǎng)絡(luò)操作 通過一臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將各注水站工業(yè)現(xiàn)場的集散控制系統(tǒng)與企業(yè)的局域網(wǎng)有效地連接起來，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。各客戶端通過聯(lián)網(wǎng)操作，可查看各泵站的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史報(bào)表和曲線、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)畫面、數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)、報(bào)警信息，以及可遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)機(jī)泵啟停、調(diào)控參數(shù)設(shè)置、保護(hù)參數(shù)設(shè)置和緊急故障處理等。 3系統(tǒng)組成及主要技術(shù)指標(biāo) 3.1 系統(tǒng)組成 圖1為系統(tǒng)組成信號流程框圖。 圖1 系統(tǒng)組成信號流程框圖 3.2主要技術(shù)指標(biāo) （l）各種傳感器的測量準(zhǔn)確度，±1.0％； （2）A／D變換分辨率，12位； (3) 工控機(jī)及控制柜工作電壓：220（1±0.1）V； （4）閥門控制器工作電壓：380（1±0.1）V； (5) 5000 m3儲水罐液位控制在5－11m之間； （6）注水泵前、后軸瓦溫度控制在70℃以下； (7) 電機(jī)前、后軸瓦溫度控制在70℃以下； （8）2000kW電機(jī)定子溫度控制在110℃以下； (9) 注水泵冷卻水管線壓力控制在0.15MPa以下； （10）注水泵和電機(jī)軸瓦前、后的潤滑油壓力控制在0.06－0.13MPa之間，壓力低于0.05MPa時(shí)，啟動(dòng)備用油泵； （11）注水泵、電機(jī)的前后軸瓦處的振動(dòng)量控制在0.5mm以下； （12）注水站單臺泵效達(dá)到78％以上； （13）循環(huán)水池液位控制在0.4m以上； （14）微機(jī)自動(dòng)啟泵（包括加載）時(shí)間小于8秒；微機(jī)自動(dòng)停泵（包括卸載）時(shí)間小于10秒； （15）當(dāng)注水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，微機(jī)發(fā)出自動(dòng)停機(jī)保護(hù)、報(bào)警、故障顯示并記錄時(shí)間小于10秒； （16）泵的出口壓力波動(dòng)量控制在±0.1MPa之內(nèi)； （17）泵房噪聲控制在95dB以下； （18）網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸速率10Mbps。 4系統(tǒng)的功能與特點(diǎn) 4.1 功能 （1）具有泵站工藝現(xiàn)場工況流程圖、每臺機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)模擬圖、儲水罐液位模擬圖、設(shè)備潤滑流程圖、設(shè)備冷卻流程圖等動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)測量控制數(shù)據(jù)的功能。 (2)具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)控操作，查看各注水站每臺泵的運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置調(diào)控參數(shù)和保護(hù)參數(shù)，以及緊急故障處理等。 （3）具有巡視功能。能循環(huán)顯示各個(gè)顯示窗口，包括注水泵圖、電機(jī)圖、泵效趨勢圖、數(shù)據(jù)表和各種報(bào)表等 （4）具有顯示并打印輸出設(shè)備報(bào)警及停機(jī)參數(shù)、各機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、歷史資料、特性曲線和數(shù)據(jù)分析報(bào)表等。既能定時(shí)編制打印各種生產(chǎn)報(bào)表，又能根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)打印某一時(shí)刻某臺機(jī)組的監(jiān)測資料。 (5)自動(dòng)采集處理數(shù)據(jù)，對監(jiān)測處理的數(shù)據(jù)資料具有記憶、再顯和遠(yuǎn)傳功能。 (6)系統(tǒng)具有三種啟停泵操作方式。即現(xiàn)場手動(dòng)操作方式、微機(jī)啟停操作方式和網(wǎng)絡(luò)客戶端的遠(yuǎn)距離啟停操作方式，滿足了企業(yè)集成化管理和安全生產(chǎn)的要求。 4.2 特點(diǎn) (1)采用大屏幕觸摸式顯示屏，操作簡單、省時(shí)、方便。 (2)采用直觀的彩色圖形顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)和報(bào)警，界面美觀，具有良好的人機(jī)界面接口。 （3）系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。在遇到全站停電等故障狀態(tài)時(shí)，具有自行關(guān)閉和保護(hù)報(bào)警功能，并提示現(xiàn)場值班人員采取應(yīng)急措施，有效確保注水系統(tǒng)的安全正常生產(chǎn)。網(wǎng)絡(luò)操作采用分層認(rèn)證方式，擁有完整的安全保障機(jī)制，充分保證運(yùn)行設(shè)備和信息系統(tǒng)的安全可靠性。 （4）監(jiān)控實(shí)時(shí)性好，自動(dòng)化程度高。采用變頻調(diào)速器進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控，控制效果好，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)閥開閉度的無級閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)采集及時(shí)準(zhǔn)確，能根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測情況自動(dòng)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)提出修改或調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的指令要求。 （5）具有良好的抗干擾能力。由于注水泵機(jī)組均為6 kV的大功率高壓交流電機(jī)，現(xiàn)場電信號干擾較大，為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在軟、硬件上采取了多種防干擾措施。 5 現(xiàn)場應(yīng)用效果 本系統(tǒng)于2001年5月在孤東油田投入運(yùn)行。經(jīng)過二年多時(shí)間的現(xiàn)場運(yùn)行，實(shí)踐證明該系統(tǒng)性能優(yōu)越，可靠性好，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。它的應(yīng)用，既提高了注水泵站的現(xiàn)代化管理水平，減緩了機(jī)泵的磨損，延長了設(shè)備的使用壽命，使設(shè)備的預(yù)知性修保能力大大增強(qiáng)；同時(shí)還進(jìn)一步改進(jìn)了職工的生產(chǎn)工作條件，降低了油田大型泵站的工業(yè)噪聲污染，減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了油田注水站的系統(tǒng)效率和自動(dòng)化水平，達(dá)到了平穩(wěn)注水，節(jié)能降耗的目的。 參考文獻(xiàn): 1、