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浙大中自SunyPLC250可编成逻辑控制器在油田计量站中的应用

供稿:浙江正泰中自控制工程有限公司 2007/11/20 9:50:00

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1.概述
计量站是油田的重要组成部分,每个计量站都担负着多口油井的生产计量任务。通过计量站对油井生产情况的计量,可及时、准确地了解每口油井的工作情况,同时为油田地质部门提供油藏工程资料。但是,目前我国很多油田的计量站仍然采用人工计量方式,劳动强度大,效率低,且人工计量次数少、时间短,计量结果代表性差。
为了实现计量的自动化,提高计量的效率和准确度,越来越多的PLC和HMI(人机界面)被应用在了计量站自动控制系统中。其中PLC安装在计量站,用于实现每天的自动计量与计量数据的传输;而HMI可放置在计量站,直接接收PLC的数据,进行实时显示,并自动记录生成相关报表,并将信息传送至厂区总控室等;也可由PLC的直接通过无线传输将计量相关信息数据送厂区总控室,在总控室的HMI上进行实时监控,实现无人值守。
通过浙大中自公司工程技术人员的实践,已成功地将SunyPLC250和SunyTech工业控制应用软件(HMI)成功的应用在了油田的计量站控制中。下面某一计量站为例,说明计量站自动控制系统的实现。2.工艺流程



该计量站通过分离器可实现11口油井的计量工作。当某口油井需要计量时,将其对应的三通阀切到计量位,油井向分离器中进液,根据分离器中液位由计量下限上升到计量上限所需的时间,可换算出该井的产液量,再根据该井的油样化验,最终得出其日产油量。依次通过导阀,分离器进液和排液,可实现对每口油井的计量。

3.系统构成
3.1 产品简介
SunyPLC250是浙大中自公司推出的一种模块式结构的中小型PLC,具有结构灵活、维护简单、性价比高的特点。产品采用32位嵌入式处理器,逻辑指令执行时间可达0.50us/步。
SunyPLC250由各种功能模块(CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、电源模块等)及底板、个人计算机、编程软件SunyTech工业控制应用软件、通信电缆和人机界面构成。
SunyTech工业控制应用软件是浙大中自公司推出的DCS系统组态软件,亦可单独作为HMI软件使用。

3.2 系统结构
计量站控制系统主要由SunyPLC250可编程逻辑控制器,SunyTech工业控制应用软件(上位机运行),传感器(液位、温度、压力)以及执行器(电动三通阀、电动球阀)组成。如下图所示:


温度传感器安装于单井来液管上,用于实时监测来液温度;液位传感器安装于分离器,用于测量计量液位,判断计量所处阶段;压力传感器安装于分离器,测量分离器内的压力。电动三通阀安装于来液管道上,根据SunyPLC250的输出控制产生相应动作,从而控制单井处于计量态还是生产态。
SunyPLC250可编程逻辑控制器是整个计量站自动控制系统的核心,它按照程序设定,每天定时进行自动计量,依次将每口单井三通阀切换到计量位,待计量完成后再将其切换到生产位。被计量的单井根据其在分离器中进液时,由计量下限到计量上限所需要的时间换算出该井的日产量。同时,SunyPLC250通过SNET网络,以ModbusRTU协议将采集到的温度、液位、压力信号,和计量结果送到上位机。上位机通过SunyTech软件实时显示、记录测量值,并在信号不正常时发出声光报警,提醒值班人员注意,并可根据需要定时打印生产报表。3.3 系统配置
SunyPLC250为模块式结构,根据系统设计,该计量站自控系统得I/O点数为AI:13、DI:13、DO:26,系统配置如下:

4.控制方案
计量站自动计量控制主要完成以下功能:
每天定时单井按顺序进行自动计量,上位机可干预设置哪口井不参与计量,且单井停井时,计量必需跳过此井计量下一口井。
上位机可人工单独指定某口井进行计量。
单井计量完成时,自动打开分离器排液阀进行排液,并根据排液情况,关闭分离器气出口阀。
与一般的PLC编程软件不同,SunyPLC250编程软件提供了符合IEC61131-3标准的FBD、LD、SFC、IL和ST五种编程语言,编程者可根据编程需要选用任意一种或几种编程语言来实现。

4.1 自动计量
每天上午8:00点(时间可以由操作人员上位机更改)根据默认井位自动从第一口可计量井开始计量,计量井号由上位机给定。PLC将自动根据预先设定好的顺序进行倒阀、计量、排液操作。计量过程中,30分钟未长1公分(可由操作人员更改)的井(认为该井停产)将被跳过,继续计量下一口井。
操作步骤为:将要计量的井对应的三通阀切至计量位,当分离器液位达到计量下限时开始计时,到达计量上限时,记下计量时间;自动打开排液阀,关闭分离器气出口阀,开始排液;并将该井三通阀切至生产位;当液位排至低液位时,再打开气出口阀,关闭排液阀,并将所需计量的下一口井对应的三通阀切至计量位,进入下一口井的计量。
该程序采用LD语言组态,如下图所示:


4.2 指定计量
单井的指定计量由上位机控制,操作员发出指定计量的单井井号。
单井计量应选择自动计量完成后,操作员在计量控制表中点击所需计量井按钮,确认后上位机发出指令,SunyPLC250自动将自动对该井进行计量。计量时,先将其三通阀切换至计量位,向分离器进液,当液位到达计量下限时开始计时,当液位进一步上涨,到达计量上限时,记下计量时间,然后打开排液阀,关闭分离器气出口阀,开始排液,将三通阀切换至生产位计量完成。
单井指定计量流程图如图所示。

5.操作管理(HMI)
上位机的操作管理主要是通过SunyTech工业控制应用软件实现人机界面功能。通过对计量站工况的监控,操作员可监视自动计量的全过程,并控制哪口井参与自动计量,以及指定某口单井进行指定计量。HMI画面包括计量站总貌、自动计量选择、单井计量指定等画面。计量站总貌画面用于监视计量站的实时运行情况(如下图所示),自动计量画面用于选择设置参与自动计量的井号,单井计量画面用于设置要进行指定计量的单井。系统还可根据每天的计量情况生成计量站计量数据日报表。

6.结束语
SunyPLC250可编程逻辑控制器技术先进、功能丰富、运行稳定,在油田计量站的应用中,既提高了计量站现场控制的自动化水平,又保证了计量的准确可靠性,取得了良好的效果,值得在泵站、气站等类似行业中推广使用。

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