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(jì)算機(jī)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(jìn)行自動化控制，對污水罐液位、注水泵和電機(jī)的溫度、輸出水壓力和流量以及潤滑油壓力和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與控制。檢測與控制信號通過RS485總線與工控主機(jī)連接，研制完成的多功能管理軟件已成功地應(yīng)用在注水過程的自動控制系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞: 注水系統(tǒng) 過程控制 智能模塊 ADAM系列 PC－工控機(jī)
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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(jī)組是采油生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備，是保證原油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。目前的一些聯(lián)合站注水泵機(jī)組均無監(jiān)控系統(tǒng)，致使水泵抽空、電機(jī)和泵軸承以及軸瓦過熱燒損、泵體振動過大等事故時(shí)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(yīng)用注水系統(tǒng)的自動監(jiān)控技術(shù)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(diǎn)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(biāo)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(jì)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(yùn)行的實(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制：
(1)污水儲罐
?、?號儲罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測及上、下限報(bào)警；
②2號儲罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測及上、下限報(bào)警；
③3號儲罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測及上、下限報(bào)警。
(2)注水電機(jī)
?、匐姍C(jī)前后軸承溫度；
?、陔姍C(jī)定子(機(jī)身)溫度。
(3)注水泵
?、僮⑺们昂筝S承溫度；
?、谧⑺眠M(jìn)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(biāo)是水位高度保持在5～8米之間，當(dāng)液位高于8.5米時(shí)，發(fā)出上限報(bào)警信號；當(dāng)液位低于4.5米時(shí)，發(fā)出下限報(bào)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(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)
注水泵、電機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)是通過實(shí)時(shí)檢測泵進(jìn)出口壓力，泵和電機(jī)的軸承、軸瓦溫度，以及潤滑油的壓力、流量來控制電機(jī)的正常運(yùn)行，對溫度、壓力及流量均設(shè)有報(bào)警信號。注水泵、電機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。
4 自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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(jī)選用研華PC－工業(yè)控制機(jī)。該系統(tǒng)連接框圖如圖4所示。
模塊定義如下：
(1)“4080”計(jì)數(shù)器輸入模塊共3塊，每塊具有兩個(gè)獨(dú)立的32位計(jì)數(shù)器，分別檢測1～5臺污水進(jìn)口流量計(jì)脈沖信號和1臺潤滑流量計(jì)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(gè)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(jī)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(gè)注水電機(jī)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(bào)警輸出信號，9～16通道分別輸入注水泵、電機(jī)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(jī)。
5 自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
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(jī)控制圖、系統(tǒng)設(shè)置、報(bào)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(jié)構(gòu)圖如圖5所示。系統(tǒng)畫面功能大致可歸納為以下幾點(diǎn)：
(1)主控圖
主控圖畫面包括3個(gè)儲水罐、5套注水泵和電機(jī)以及相應(yīng)管網(wǎng)、閥門等，實(shí)時(shí)計(jì)量各儲罐進(jìn)水流量數(shù)值；實(shí)時(shí)檢測各注水泵進(jìn)出口壓力、泵和電機(jī)各點(diǎn)溫度、以及潤滑油的壓力和流量等；實(shí)時(shí)顯示各注水泵、電機(jī)的的啟停狀態(tài)。在畫面上通過鼠標(biāo)單擊有關(guān)按鈕可對各注水泵、電機(jī)進(jìn)行開關(guān)控制。
(2)系統(tǒng)設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)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(jī)的優(yōu)先啟停進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)還可以設(shè)置工藝過程的有關(guān)參數(shù)。
(3)儲水罐監(jiān)測
在儲水罐控制畫面上可實(shí)時(shí)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(shè)有報(bào)警功能。當(dāng)某儲水罐液位越限時(shí)，工控主機(jī)將發(fā)出報(bào)警信號，畫面上相應(yīng)位置有報(bào)警燈閃爍，以及時(shí)提示操作人員采取相應(yīng)措施。
(4)注水泵、電機(jī)控制
注水泵、電機(jī)控制畫面顯示5個(gè)編號按鈕，單擊其中某一按鈕，即進(jìn)入到相應(yīng)的注水泵、電機(jī)畫面(三級畫面)，該畫面顯示注水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。正常工況下，注水泵、電機(jī)日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度信號越限時(shí)，工控主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，如果溫度繼續(xù)上升，直至超過上上限時(shí)，主機(jī)將輸出信號切斷電機(jī)電源。當(dāng)測到潤滑油流量不足或無流量信號時(shí)，主機(jī)也發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號，以提示操作人員及時(shí)處理。
(5)報(bào)表輸出
報(bào)表輸出畫面可供選擇的報(bào)表打印按鈕有：打印即時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、打印歷史數(shù)據(jù)報(bào)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(yīng)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(yīng)按鈕，可將實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)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(jī)和事故處理操作說明，其目的是幫助用戶盡快掌握和應(yīng)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(jìn)入到退出系統(tǒng)畫面，在單擊退出系統(tǒng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)將檢查操作員的權(quán)限，只有達(dá)到退出系統(tǒng)的權(quán)限時(shí)，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(chǔ)上，采用ADAM系列智能模塊、PC－工控機(jī)以及美國DE公司生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納物位計(jì)等儀表，設(shè)計(jì)完成了注水過程自動控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于油田聯(lián)合站。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：操作畫面友好、系統(tǒng)功能強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件包括有多級操作畫面，可實(shí)時(shí)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(bào)表軟件，克服了當(dāng)前工控系統(tǒng)打印輸出報(bào)表功能單調(diào)、不能滿足用戶要求的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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