集油站计算机监控系统的设计

赵 波

（陕西延长石油（集团）有限责任公司管道运输公司，陕西 延安   716000）

   摘  要： 采用基于工业自动化组态软件、结合传感器技术、PLC技术、通讯技术和计算机监控技术构建计算机监控系统。具有现场信号采集、实时参数与历史趋势显示、事件报警、现场工况动态显示等功能。对集油站内的自动生产过程进行了实时监视与动态控制，提高了集油站的自动化监控水平，减小了职工的劳动强度，消除了生产安全隐患，保证生产过程安全可靠运行，并提高了集油站的生产效率和经济效益。

   关键词：集油站；计算机监控系统；动态管理

  一、集油站计算机监控系统的意义

集油站是油田油气集输过程中的重要生产环节，是集油气分离、原油脱水、污水处理、油田注水、原油稳定、天然气净化和消防等多个环节为一体的综合性生产过程。目前国内多数油田都已进入高含水后期开发阶段，各环节的操作难度也有所增加，集油站原有的自动控制系统已不能满足实际生产的需要。如何合理选择计算机监控系统，保证集油站生产的平稳运行和优化控制，实现集油站集输系统工艺参数的实时采集和自动控制，是目前自动化技术在油田生产应用中的重要课题。

  二、国内外研究现状

（一）国外集油站集输系统自动化发展现状

国外油田自动化发展较早，二十世纪五十年代中期，美国海湾石油公司建成第一套自动监控输送系统(LACT)装置，解决了原油的自动收集、处理、计量和输送问题。进入二十世纪八十年代末期以后，随着计量站的形成和中心处理站(简称集油站)的产生，集散控制系统(DCS)开始应用于集输系统中。计算机控制系统利用软件自动地监测、控制生产系统的操作，可用来执行数据计算、分析与存储，比常规监控系统具有更高的适应性和灵活性。同时，随着通信技术的发展，SCADA系统越来越多地应用于油田生产控制与管理中，它可使操作人员从一个或多个控制中心对遥远的井组、远方泵站、转油站和集油站集输系统进行监视、控制和数据采集。它把分散的远距离的目标用远程终端(RTU )通过有线或无线方式集中到分控中心，分控中心通过局域网络再集中到总控中心(或管理中心)。由于SCADA的通信功能和RTU功能较强，比较适合应用于长输管线和大面积分散控制对象。

（二）国内集油站集输系统自动化发展现状

国内油田集油站的自动化建设起步较晚，初期发展较为缓慢。二十世纪九十年代中后期以来，随着计算机性价比的提高，石油工业中，大量引进了计算机控制。如：西部鄯善油田采用美国Action公司CIM-PAC9000 SCADA系统，成为我国第一个整装油田的自动化系统。随之，东河塘、彩南、温吉桑、轮库输油管线的建设，使我国油气田自动化实现了由单并、单个装置、单站自动化向全油田、全线自动化的转变。以后新的开发手段和技术使油、气、水介质条件、工况条件、环境条件和集输工艺都发生了很大的变化。需要对集油站集输生产过程及控制要求进行分析，对系统控制策略和算法进行优化，进行软件与硬件的相结合研究一套满足集油站生产要求的计算机监控系统。

  三、油田集油站集输系统及其工艺简介

油气集输是把分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其他产品集中起来，经过油气分离、油气计量、原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等工艺，将合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户。

以采油为中心的地面系统的工艺流程由井口，计量站，接转站，集油站，油库，长输管道等环节组成。集输系统是集采油、计量、储存、脱水、外输等为一体的综合生产过程，油气集输及处理过程的流程图如图1所示：

图1  油气集输及处理工艺过程

   四、集油站计算机监控系统的要求

（一）运行可靠

计算机监测控制系统运行环境恶劣，且往往负担着重要的任务，一旦出现故障，将造成整个被监控过程的混乱，引起严重的后果，由此造成的经济损失往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟。所以，能否确保长期可靠地运行成为集油站计算机监测控制系统中首要考虑的问题。

（二）技术先进

①先进的技术可以获得更好的监测控制效果，从而可能获得更高的经济效益；

②采用先进的技术可以延长系统更新换代周期，延续生命期限；

③计算机监测控制系统大多作为整套生产设备的一部分出现，而高技术含量往往又体现在控制系统上，先进技术的采用可以大大提高整套设备的附加值，带来可观的经济和社会效益。

（三）使用方便

①操作方便：系统应尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求，操作的内容尽可能简单明了，操作的顺序清晰简明，便于记忆；

②排错方便：系统中硬件的排列和安装合理，配有明显的指示或信号，并有查错、诊断、故障报警程序，在故障出现时能及时对它定位排除；

③维护方便：系统应尽量采用标准设备及其零件，便于硬件的更换。

（四）通用性好

一个优良的计算机监测控制系统应具有很好的通用性，能灵活地扩充、修改和升级。在系统的总线结构、通信规约上要标准化，采用国际国内的统一标准和规范；设计指标要有一定余地；软件的设计也应规范化、模块化；模块要易于连接、组织。程序应可读性强，清除多余语句，还应有适量的说明注释，以便于修改。

（五）节省时间

系统设计(包括生产、安装、调试、投运等环节)时间应尽量短，以便于快速满足用户的要求，降低整个系统的开发费用

  五、集油站监控系统的功能

集油站监控系统是在集油站内的监控中心的控制室实现对站内设备的监测、控制，实时监视站内泵与阀等数字量的状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号，并具有报警功能、趋势曲线显示功能、操作权限管理功能、报表查询和打印功能等。

（一）状态采集功能

能动态采集下列信号：四相分离器、热交换器、储罐等的温度、压力、液位等信号；油阀的开关；油泵的启停。

（二）状态数据的处理

①能对采集数据进行存储与查询；②能对监控参数显示趋势曲线及打印。

（三）报警功能

能对监控参数进行实时与历史报警并进行记录。

（四）集中显示功能

①工艺图的动态显示；②主要参数的历史曲线及实时趋势显示；③实时报警自动弹出显示。

（五）存储功能

①各种监控参数的动态存储；②各种监控参数的异常动态存储；③控制行为的动态存储。

（六）查询功能

①各种监控参数的历史数据查询；②各种监控参数的曲线及趋势查询；③控制行为查询。

（七）报表及打印功能

①各种监控参数的报表自动生成；②各种监控参数的报表打印。

  六、集油站计算机监控系统总体方案

集油站计算机监控系统中分散型控制系统DCS又称为分布式控制系统适合于生产对象密集、连续而又比较复杂的场合，主要特点是：

①可实现分级控制（现场采集仪表层、控制层与监控层）；

②可靠性高、组网方便；

③编程方便、开发周期短、维护方便；

④可灵活方便地实现系统内配置和调整；

⑤控制层采用FCS能与现场信号直接相连，易于实现机电一体化；

⑥易于实现“集中管理、分散控制”功能；

由于DCS具有以上诸多特点，当前DCS增加了逻辑顺序控制功能，使它的应用范围扩大，集油站采用DCS监控系统是最佳选择。

（一）计算机监控系统硬件方案：系统的工业控制计算机可采用台湾研华工控机，监控部分采用研华分布式智能采集模块ADAM-5000系列和德国西门子PLC S7-200。

     

图2  计算机监控系统硬件方案框图

（二）计算机监控系统软件方案：上位机系统软件采用图形功能完备、界面一致性好、易学易用的Windows2000NT；制作上位机的监控程序由于集油站系统涉及变量较多，功能要求齐全，所以选用工业组态软件来开发。集油站可以根据实际需要采用性价比较高，网络功能完善，界面一致性好，使用方便的组态软件构造所需的“数据采集系统”。系统采用接口为PC/PPI串口通信方式，以实现可编程控制器与远程I/O连接，具有良好的可靠性、兼容性及扩展性。                     图3 计算机监控系统软件方案框图

监控系统的人机界面应由以下画面组成：工况图、实时报警、历史报警、实时曲线、历史曲线、实时报表、历史报表、实时报表查询、控件、开关机等画面，完成工况现场显示，实时参数显示，历史数据查询，报警，实时曲线与历史曲线显示，记录与打印。系统软件组成如图4所示。

图4  计算机监控系统软件组成原理图

   七、结论

选用的小型分布式计算机监控系统(小型DCS)，实现了集油站内各运行参数（集输控制系统的温度、压力、液位、可燃性气体浓度等）进行实时采集、动态显示、数据处理、报警、查询与打印等。系统保证了集油站内原油平稳集输和安全生产，有效控制了生产技术指标，降低了劳动强度，提高了工作效率和管理水平。

参考文献

[1] 李 超. 分布式监控系统在油田生产中的应用研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2002(5).

[2] 刘宪英. 西部油田联合站集散控制系统的研究[D]. 成都：西南石油学2005(4).

[3] 叶韶轩，郭增振，梅 利. 采油厂集油站原油集输自动化实时监控系统[J]. 仪器仪表用户,2004(11).

[4] PLC、DCS、FCS控制系统的特点和差异分析[Z]. 现代设计技术论坛.发表时间,2006(4).

[5] 范 毅，李成伟，戴景民等. 组态王组态软件在原油集输监测系统中的应用[J]. 自动化技术与应用, 2001(4).