摘 要: 為了提高油田聯(lián)合站的自動化管理水平，確保注水系統(tǒng)的安全性和可靠性, 采用PC－工業(yè)控制計算機和ADAM 4000系列及ADAM 5000系列智能模塊，對油田聯(lián)合站注水系統(tǒng)進行自動化控制，對污水罐液位、注水泵和電機的溫度、輸出水壓力和流量以及潤滑油壓力和流量進行實時檢測與控制。檢測與控制信號通過RS485總線與工控主機連接，研制完成的多功能管理軟件已成功地應用在注水過程的自動控制系統(tǒng)中。
關鍵詞: 注水系統(tǒng) 過程控制 智能模塊 ADAM系列 PC－工控機
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油田注水是采油生產(chǎn)中最重要的工作之一, 但它是油田耗電大戶,一般占油田生產(chǎn)耗電的30～40%。 在油田聯(lián)合站的注水系統(tǒng)中，注水泵機組是采油生產(chǎn)過程中的主要設備，是保證原油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關鍵設備。目前的一些聯(lián)合站注水泵機組均無監(jiān)控系統(tǒng)，致使水泵抽空、電機和泵軸承以及軸瓦過熱燒損、泵體振動過大等事故時有發(fā)生，影響了正常生產(chǎn)。因此,研制注水過程自動控制系統(tǒng)、推廣應用注水系統(tǒng)的自動監(jiān)控技術對于提高注水效率、保證安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。
1 注水系統(tǒng)工藝流程及監(jiān)測點的確定
某油田聯(lián)合站注水系統(tǒng)工藝流程圖(總控圖)如圖1所示。
其工藝流程為：來自新、老聯(lián)合站的污水，經(jīng)過沉降過濾處理后，用泵打入污水儲罐，依據(jù)生產(chǎn)指標要求，來水經(jīng)高壓注水泵增壓后，通過干線輸至配水間，再經(jīng)控制、計量后分配至各注水井。系統(tǒng)主菜單如下所示：
根據(jù)現(xiàn)場運行的實際情況，以及生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，選取以下各參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制：
(1)污水儲罐
?、?號儲罐液位實時監(jiān)測及上、下限報警；
②2號儲罐液位實時監(jiān)測及上、下限報警；
③3號儲罐液位實時監(jiān)測及上、下限報警。
(2)注水電機
?、匐姍C前后軸承溫度；
②電機定子(機身)溫度。
(3)注水泵
?、僮⑺们昂筝S承溫度；
?、谧⑺眠M出口壓力。
(4)公共參數(shù)
?、賲R管壓力、流量；
?、跐櫥蛪毫Α⒘髁?。
2 儲水罐液位自動監(jiān)測系統(tǒng)
儲水罐的工藝指標是水位高度保持在5～8米之間，當液位高于8.5米時，發(fā)出上限報警信號；當液位低于4.5米時，發(fā)出下限報警信號。儲水罐液位自動監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。
3 注水泵、電機自動監(jiān)控系統(tǒng)
注水泵、電機自動監(jiān)控系統(tǒng)是通過實時檢測泵進出口壓力，泵和電機的軸承、軸瓦溫度，以及潤滑油的壓力、流量來控制電機的正常運行，對溫度、壓力及流量均設有報警信號。注水泵、電機自動監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。
4 自動控制系統(tǒng)硬件設計
本自動控制系統(tǒng)硬件采用ADAM 4000 系列和ADAM 5000系列智能模塊，主機選用研華PC－工業(yè)控制機。該系統(tǒng)連接框圖如圖4所示。
模塊定義如下：
(1)“4080”計數(shù)器輸入模塊共3塊，每塊具有兩個獨立的32位計數(shù)器，分別檢測1～5臺污水進口流量計脈沖信號和1臺潤滑流量計脈沖信號。
(2)“5017”8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊共6塊，分別檢測3個儲水罐的上下限檢測信號、每臺注水泵的輸入/輸出壓力信號、注水泵和電機的溫度檢測信號以及潤滑油的壓力信號等。
(3)“5068”8通道繼電器輸出模塊共1塊，分別控制5個注水電機的啟停。
(4)“5051”16通道數(shù)字量輸出模塊共1塊，1～8通道輸入“4048”模塊的報警輸出信號，9～16通道分別輸入注水泵、電機等的開啟狀態(tài)。
(5)“5000”可編程控制器共2塊，第1塊包含3塊“5017”、1塊“5068”；第2塊包含3塊“5017”、1塊“5051”。其主要功能是將“5017”、“5051”、“5068”的檢測信號通過RS485總線傳送至工控主機。
5 自動控制系統(tǒng)軟件設計
注水過程自動監(jiān)控系統(tǒng)軟件由主控圖、儲水罐控制圖、注水泵和電機控制圖、系統(tǒng)設置、報表輸出、數(shù)據(jù)通訊、系統(tǒng)幫助、退出系統(tǒng)等8大部分組成，大小畫面共幾十幅，系統(tǒng)軟件結構圖如圖5所示。系統(tǒng)畫面功能大致可歸納為以下幾點：
(1)主控圖
主控圖畫面包括3個儲水罐、5套注水泵和電機以及相應管網(wǎng)、閥門等，實時計量各儲罐進水流量數(shù)值；實時檢測各注水泵進出口壓力、泵和電機各點溫度、以及潤滑油的壓力和流量等；實時顯示各注水泵、電機的的啟停狀態(tài)。在畫面上通過鼠標單擊有關按鈕可對各注水泵、電機進行開關控制。
(2)系統(tǒng)設置
系統(tǒng)設置畫面的主要功能是：操作員登錄、配置用戶及密碼修改，并可對各注水泵、電機的優(yōu)先啟停進行設置，同時還可以設置工藝過程的有關參數(shù)。
(3)儲水罐監(jiān)測
在儲水罐控制畫面上可實時顯示儲水罐的液位狀態(tài)，對1、2、3號儲水罐的液位上、下限設有報警功能。當某儲水罐液位越限時，工控主機將發(fā)出報警信號，畫面上相應位置有報警燈閃爍，以及時提示操作人員采取相應措施。
(4)注水泵、電機控制
注水泵、電機控制畫面顯示5個編號按鈕，單擊其中某一按鈕，即進入到相應的注水泵、電機畫面(三級畫面)，該畫面顯示注水泵、電機的運行狀態(tài)。正常工況下，注水泵、電機日夜不停地運轉(zhuǎn)。當溫度信號越限時，工控主機發(fā)出報警信號，如果溫度繼續(xù)上升，直至超過上上限時，主機將輸出信號切斷電機電源。當測到潤滑油流量不足或無流量信號時，主機也發(fā)出相應報警信號，以提示操作人員及時處理。
(5)報表輸出
報表輸出畫面可供選擇的報表打印按鈕有：打印即時數(shù)據(jù)報表、打印歷史數(shù)據(jù)報表、打印單日注水量清單、打印單月注水量清單等。用戶可根據(jù)需要單擊相應的按鈕。
(6)數(shù)據(jù)通訊
用戶通過選擇數(shù)據(jù)通訊畫面上的相應按鈕，可將實時數(shù)據(jù)文件或歷史數(shù)據(jù)文件傳至信息中心或上層計算機管理系統(tǒng)。
(7)系統(tǒng)幫助
系統(tǒng)幫助包括一級畫面、二級畫面及三級畫面的操作說明，以及緊急停機和事故處理操作說明，其目的是幫助用戶盡快掌握和應用該系統(tǒng)軟件的全部操作功能。
(8)退出系統(tǒng)
若用戶要求退出監(jiān)控系統(tǒng)，可進入到退出系統(tǒng)畫面，在單擊退出系統(tǒng)按鈕時，系統(tǒng)將檢查操作員的權限，只有達到退出系統(tǒng)的權限時，才能正確退出系統(tǒng)。
本文在分析研究油田聯(lián)合站注水系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎上，采用ADAM系列智能模塊、PC－工控機以及美國DE公司生產(chǎn)的射頻導納物位計等儀表，設計完成了注水過程自動控制系統(tǒng)，并將其應用于油田聯(lián)合站。該系統(tǒng)的主要特點是：操作畫面友好、系統(tǒng)功能強、運行穩(wěn)定可靠，實時監(jiān)控軟件包括有多級操作畫面，可實時動態(tài)地顯示各工藝參數(shù)和綜合信息，并采用VB5.0編制打印報表軟件，克服了當前工控系統(tǒng)打印輸出報表功能單調(diào)、不能滿足用戶要求的缺點。該系統(tǒng)具有實際推廣應用價值。
參考文獻
1 組態(tài)王5.1 使用手冊.北京亞控自動化軟件科技有限公司.1999
2 物位儀表選型手冊.美國DE工程公司.1998～1999