摘 要：SLC 5/04可編程控制器是埕島海上平臺自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，負責完成現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測，并將中心平臺的控制命令轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行器可接收的信號，從而實現(xiàn)中心平臺對衛(wèi)星平臺的遙測遙控。本文介紹了SLC 5/04可編程控制器的這些特點、系統(tǒng)組成、功能及海上平臺的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：SLC 5/04可編程控制器；海上平臺；遙測遙控 1 概 述 勝利埕島油田位于渤海灣南部的淺海、極淺海海域，水深10m左右，1999年原油產(chǎn)量為201萬噸，是我國第一個淺海百萬噸級大油田。但是，該海域自然環(huán)境條件惡劣，加上簡易采油平臺設(shè)計空間有限，這就要求平臺生產(chǎn)和管理人員越少越好，直至無人值守，要達到這一目的，只有全面實施海上平臺的自動化測控系統(tǒng)工程。 埕島油田自動化測控系統(tǒng)采用的是澳大利亞Honeywell公司開發(fā)的SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用三級管理模式，即“衛(wèi)星平臺站→中心平臺站→陸地中心站”的管理模式。其中衛(wèi)星平臺站設(shè)置在采油平臺上，由遠程終端(RTU)完成采油平臺數(shù)據(jù)的采集、處理和判斷,并將數(shù)據(jù)發(fā)往中心平臺站,同時接收中心平臺站發(fā)來的控制命令,實現(xiàn)中心平臺對衛(wèi)星平臺的遙控遙測。見下圖： 　　遠程終端（RTU）的硬件構(gòu)成主要包括：SLC 5/04系列可編程控制器、MDS4310無線電臺、電源轉(zhuǎn)換器、蓄電池等。應(yīng)用軟件包括Rslogix500、Rslinx或Wintelligent linx等。 衛(wèi)星平臺和中心平臺之間采用無線電進行通訊，通過SLC 5/04可編程控制器的RS232接口與MDS4310電臺連接，采用DF1半雙工通訊協(xié)議進行通訊，當中心平臺的主設(shè)備啟動并開始查詢時，SLC 5/04可編程控制器通過發(fā)送數(shù)據(jù)包，完成衛(wèi)星平臺與中心平臺的 數(shù)據(jù)傳輸，通訊頻點為400MHz。 2 工藝簡介 每個采油平臺包括4-9口油井，通過控制電動三通閥使原油分別進入計量管線與混輸管線，計量管線中的原油經(jīng)過加熱器加熱后，進入計量分離器進行油氣分離，分別通過質(zhì)量流量計和旋進旋渦流量計計量油井的產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量，再匯入海底管線，為保證計量的準確性，任何時候只能有一口油井在計量狀態(tài)；混輸管線中的原油經(jīng)過加熱器加熱后，直接進入海底管線。 采油平臺的主要測控參數(shù)包括： 2.1 生產(chǎn)參數(shù)：實時采集每口油井的油溫、回壓、套壓、油壓、流量、三相電流、電壓以及海底管線壓力、溫度、電加熱器進、出口溫度、分離器壓力等生產(chǎn)參數(shù)。 2.2 安全監(jiān)測：主要是可燃氣體監(jiān)測、火災(zāi)報警監(jiān)測、井下安全閥狀態(tài)監(jiān)測等。 2.3 機泵監(jiān)測：運行狀態(tài)（非啟、非停）報警、異常電流趨勢報警等。 2.4 狀態(tài)報警：包括電泵缺相、短路報警，分離器高、低液位報警，三通閥狀態(tài)報警等。 2.5 遙控功能：遙控電動三通閥的開關(guān)，安全閥的關(guān)斷及采油泵的啟停。 3 SLC 5/04可編程控制器的硬件配置 SLC 5/04可編程控制器具有功能強大、體積小、靈活可靠等優(yōu)點，主要包括以下幾個基本元素（見下圖） 　　其中，工藝過程即控制對象，輸入傳感器和輸出執(zhí)行器為現(xiàn)場一次儀表。 3.1 CPU模塊（1746-L541）：這是該控制系統(tǒng)的核心，按照事先裝載的程序，對輸入模塊提供的各種信號進行邏輯判斷和算術(shù)運算，并根據(jù)中心平臺的控制命令，控制輸出模塊。1746-L541主要具有以下性能： Ａ、RS232（通道0）和DH+（通道1）接口：RS232接口與無線電臺連接，完成與中心平臺的數(shù)據(jù)傳輸;DH+接口可通過1784-PCM6/B電纜直接將SLC 5/04可編程控制器和裝有PCMK/B卡的計算機連接，實現(xiàn)在線編程。 B、LED指示：顯示可編程控制器的各種狀態(tài)，主要包括RUN（運行指示）、FLT（故障指示）、BATT（電池指示）、FORCE（強制輸入/輸出指示）、DH+和RS232通道指示。 C、鑰匙開關(guān)：通過撥動鑰匙開關(guān)可以選擇RUN、PROG、REM三種模式中的一種： 3.2 輸入模塊：從現(xiàn)場傳感器獲取信號，經(jīng)過處理變成可編程控制器內(nèi)部信號，供可編程控制器進行運算、比較、傳輸?shù)取Ｖ饕ㄒ韵履K： 模擬量輸入模塊：1746-NI8，主要是用于檢測現(xiàn)場4～20mA模擬量信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)模擬量信號與可編程控制器數(shù)據(jù)的直接接口。 數(shù)字量輸入模塊：1746-IA16（110V）、1746-IB16（24V）、1746-IM16（220V），用于和開/關(guān)傳感器連接，包括限位開關(guān)、指示燈、報警器等，輸入信號直接控制相應(yīng)的可編程控制器數(shù)據(jù)位的狀態(tài)。 高速脈沖模塊：1746-HSCE 對質(zhì)量流量計的10KHz脈沖輸入信號進行精確計量，以檢測原油產(chǎn)量。 3.3 輸出模塊（數(shù)字量）：數(shù)字量輸出模塊的輸出直接由相應(yīng)的可編程控制器數(shù)據(jù)位的狀態(tài)來控制，并轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行器能夠接收的信號，進而驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行器，達到自動控制現(xiàn)場設(shè)備的目的。 4、SLC 5/04可編程控制器的軟件組態(tài) SLC 5/04可編程控制器可利用Rslogix500進行在線/離線編程，Rslogix500具有方便易用的操作界面，可在Windows95/98或Windows NT下運行，另外，它還具有高級診斷能力和可靠的通訊能力，可通過Rslinx或Wintelligent linx直接從可編程控制器獲取數(shù)據(jù)，并可監(jiān)測處理過程，實現(xiàn)在線編程，方便系統(tǒng)的操作和維護。 本套系統(tǒng)的可編程控制器程序主要包括： 4.1 主程序：負責協(xié)調(diào)各子程序之間的運行； 4.2 流量測量子程序：用于檢測油井的產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量，主要原理如下：收到“計量開始”命令→鎖定要計量的油井→清除上次數(shù)據(jù)→預(yù)置初始數(shù)據(jù)→進行累計→求平均值。 4.3 控制子程序（包括電動三通閥和機泵的控制）：當PLC接收到計量/混輸命令后，對應(yīng)的OW16模板點（如FVO-1C011D111/FVC-1C011D111）置1，為避免閥卡死或輸出故障后三通閥一直加電，60s后對應(yīng)點自動置0（斷電），并判斷閥位置反饋信號（如ZSO-1C011D111/ZSC-1C011D111），若為計量/混輸狀態(tài)，則倒井成功，否則倒井失敗。流程圖見4.1。 　　當PLC接收到開泵命令后，對應(yīng)的OW16模板點（如HSO-1C011D111）置1，2s后自動置0（斷電），30s后判斷該泵電流（電泵為三相、螺桿泵為一相），若大于等于5A，置開泵成功標志，顯示“開”，若任一相電流小于5A，則置“開故障”標志，顯示“開故障”。 當PLC接收到停泵命令后，對應(yīng)的OW16模板點（如HSC-1C011D111）置1，2s后自動置0（斷電），30s后判斷該泵任一相電流，若電流小于5A，置關(guān)井成功標志，顯示“關(guān)井”，若電流大于等于5A，則置故障標志，顯示“關(guān)故障”。流程圖見4.2。 當PLC接收到開泵命令后，對應(yīng)的OW16模板點（如HSO-1C011D111）置1，2s后自動置0（斷電），30s后判斷該泵電流（電泵為三相、螺桿泵為一相），若大于等于5A，置開泵成功標志，顯示“開”，若任一相電流小于5A，則置“開故障”標志，顯示“開故障”。 當PLC接收到停泵命令后，對應(yīng)的OW16模板點（如HSC-1C011D111）置1，2s后自動置0（斷電），30s后判斷該泵任一相電流，若電流小于5A，置關(guān)井成功標志，顯示“關(guān)井”，若電流大于等于5A，則置故障標志，顯示“關(guān)故障”。流程圖見4.2。 4.4 加熱器工況判斷（3個電加熱器）：設(shè)定報警死區(qū)（+/-5）→比較加熱器的進出口溫度→若出口溫度≤進口溫度→報警。邏輯圖見4.3。 T2≤T1 2#電加熱器報警；T3≤T1 3#電加熱器報警 ；T4≤Tx 1#電加熱器報警 TX為正在計量井油溫，報警死區(qū)為5℃。另外，還包括數(shù)據(jù)采集及判斷子程序、初始化子程序、安全閥和緊急切斷閥處理子程序、通訊子程序等。 5、特殊功能及實現(xiàn) 5.1 電泵、螺桿泵電流異常趨勢報警 電泵、螺桿泵電流運行趨勢軟件專為分析電泵、螺桿泵運行狀態(tài)開發(fā)的，當電泵、螺桿泵正常運行時，SLC 5/04PLC對泵的電流采樣值進行實時判斷，當運行出現(xiàn)異常時，可編程控制器以1s的采樣速率對電泵、螺桿泵電流值進行5分鐘的快速采樣，并將采樣數(shù)據(jù)包發(fā)送到中心平臺，工作人員可根據(jù)電流趨勢曲線分析電泵、螺桿泵故障原因。 5.2 單井液、氣量計量 　　由于每個采油平臺有一套計量裝置，幾口油井共用，只能分時計量，正常情況下，總是有一口井（假設(shè)為1＃井）的油進計量分離器（但不一定計量），平臺上其它井的油走混輸流程。若要對某一口井（假設(shè)為2＃井）進行計量，首先控制三通閥將1＃井倒入?yún)R輸流程，再將2＃井倒入計量流程，此時可編程控制器開始計時，穩(wěn)定運行10分鐘后，開始對質(zhì)量流量計、氣體流量計進行數(shù)據(jù)采集，并對液量和氣量進行累計（若采樣值為負按0考慮）得出液量、氣量累計值；液量和氣量的瞬時流量由實時采樣值求平均值得出。可編程控制器收到計量停止命令后保存該值，做為班、日產(chǎn)量累計值之用。 5.3 生產(chǎn)方式改變自動組態(tài) 目前海上平臺的油井有4種生產(chǎn)方式：自噴井、電泵井、螺桿泵井和注水井，當油井生產(chǎn)方式改變時，通過修改SLC的N11配置文件可自動變更程序以滿足現(xiàn)場要求。三通閥分為自動/手動，當三通閥方式改變時，也只需修改SLC的N11配置文件即可。 6、結(jié)束語 　　SLC 5/04可編程控制器在埕島油田自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了該可編程控制器系統(tǒng)的配置方便、組態(tài)簡單、功能豐富等優(yōu)點,它的應(yīng)用還有更廣闊的天地，只要深入研究，不斷探索，它在采油平臺中的應(yīng)用必將越來越廣泛。