聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的改進(jìn)

衡水學(xué)院數(shù)計(jì)學(xué)院

聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的改進(jìn)

王 永

衡水學(xué)院數(shù)計(jì)學(xué)院

通過(guò)了解SUPCONJX—300X和HS2000兩種國(guó)產(chǎn)集散控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的實(shí)際應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有聯(lián)合站數(shù)字PID控制方案已不能滿足工藝要求。針對(duì)上述問(wèn)題，提出聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)改進(jìn)方案。通過(guò)采用ProfiBus—DP總線與局部控制網(wǎng)LCN集成的方式完成現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)之間的有效互動(dòng)。在分析聯(lián)合站生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，依據(jù)集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選現(xiàn)場(chǎng)總線ProfiBus—DP，實(shí)現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)某油田聯(lián)合站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可知，改進(jìn)后的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸?shù)男?，使操作更加智能化，?jié)約了油田生產(chǎn)成本，有利于提高油田管理水平。

聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；OPC技術(shù)；ProfiBus—DP

目前，進(jìn)入高含水期的油田越來(lái)越多，繁重的油水分離任務(wù)加重了聯(lián)合站設(shè)備的負(fù)擔(dān)并增加了油水分離工藝的復(fù)雜性。通過(guò)了解SUPCONJX—300X和HS2000兩種國(guó)產(chǎn)集散控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的實(shí)際應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有聯(lián)合站數(shù)字PID控制方案已不能滿足工藝要求，不能應(yīng)對(duì)原油復(fù)雜多變的生產(chǎn)情況，存在操作性差和分散度不高的問(wèn)題。目前的集散控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸過(guò)程中存在精度低和可靠性差的弊端，而局域網(wǎng)不能很好地解決分散程度低的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，提出聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)改進(jìn)方案，采用OPC技術(shù)集成ProfiBus—DP與DCS，以提高系統(tǒng)的互操作性和可靠性。

1 系統(tǒng)改進(jìn)

分析SUPCONJX—300X系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)用情況可知，結(jié)合SBUS網(wǎng)絡(luò)分散控制功能可提高集散控制系統(tǒng)可靠性，利用自身處理器提升安全性，采用先進(jìn)的控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是SUPCONJX—300X系統(tǒng)也存在一定的弊端，數(shù)據(jù)傳輸需要在雙層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。分析HS2000系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況可知，此系統(tǒng)開放性強(qiáng)、操作方便和可靠性高，最重要的是采用現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)控制器的相對(duì)獨(dú)立，分散下移控制功能，系統(tǒng)配置靈活并可節(jié)約成本。

SUPCONJX—300X和HS2000兩種集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都采用“三點(diǎn)一線”式，核心結(jié)構(gòu)一致。SUPCONJX—300X系統(tǒng)采用先進(jìn)的I/O控制算法，實(shí)現(xiàn)精確控制；同樣，HS2000也可實(shí)現(xiàn)較好的系統(tǒng)控制，但其是利用智能儀表和總線系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線本身不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)高效快速傳輸，而且需要獨(dú)立的供電設(shè)備，存在很大弊端，所以要優(yōu)選適合的現(xiàn)場(chǎng)總線解決井場(chǎng)分布和生產(chǎn)環(huán)境之間的復(fù)雜問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)上是一種標(biāo)準(zhǔn)，其可實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議與硬件接口之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)具有雙向傳輸結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)可集自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和智能儀表為一體，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)具有互操作性強(qiáng)、控制功能分散、擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)、低能耗和系統(tǒng)開放性強(qiáng)的特點(diǎn)。與局域網(wǎng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線采用實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸，現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸介質(zhì)種類多且價(jià)格低廉，可節(jié)約聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)總線自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DCS系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制站（I/O站）、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機(jī)接口單元和電源等組成。為解決不同數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的問(wèn)題，引入先進(jìn)的OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制功能的分散和下移，以及數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)潔化。改進(jìn)油田集散控制系統(tǒng)，解決操作性差和分散度不高的問(wèn)題，能提高聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的可靠性。

OPCDA服務(wù)器的開發(fā)步驟包括規(guī)定類標(biāo)識(shí)符、定義程序變量、注冊(cè)O(shè)PC服務(wù)器、初始化COM和DCOM、創(chuàng)建TAG五大部分。OPC技術(shù)是發(fā)展最快的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，其采用先進(jìn)的客戶機(jī)/服務(wù)器模型，實(shí)現(xiàn)真正的“互操作”。OPC服務(wù)器作為數(shù)據(jù)供應(yīng)方和數(shù)據(jù)接收方在一定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與收發(fā)。聯(lián)合站集控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制裝置、人—機(jī)界面和通信網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成，與常規(guī)的模擬儀表控制系統(tǒng)相比，監(jiān)控功能豐富，擴(kuò)展靈活方便，性能可靠。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，我國(guó)油田集輸系統(tǒng)大多數(shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)化程度很低，隨著數(shù)字化油田進(jìn)程的不斷加快，現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)（例如油水分離遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和原油加熱溫度自動(dòng)控制）已經(jīng)不能適應(yīng)油田的發(fā)展。結(jié)合油田聯(lián)合站生產(chǎn)實(shí)際情況，集散控制系統(tǒng)應(yīng)該遵循產(chǎn)品是否可靠、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等原則。油田井場(chǎng)分布廣泛，數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)；油田進(jìn)入高含水期，聯(lián)合站進(jìn)液量波動(dòng)較大，考慮到以上問(wèn)題，選擇滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸速率高、維護(hù)簡(jiǎn)單和傳輸介質(zhì)廉價(jià)的ProfiBus總線應(yīng)用到聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中。

通過(guò)采用ProfiBus—DP總線與局部控制網(wǎng)LCN集成的方式完成現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)之間的有效互動(dòng)。在分析聯(lián)合站生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，依據(jù)集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選現(xiàn)場(chǎng)總線ProfiBus—DP，實(shí)現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的集成可采用OPC技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)OPC服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線RS—485協(xié)議與IEEE802.4協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。從某油田聯(lián)合站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可知，改進(jìn)后的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸?shù)男剩共僮鞲又悄芑?，?jié)約了成本，有利于提高油田管理水平。

3 結(jié)語(yǔ)

在分析集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選了現(xiàn)場(chǎng)總線ProfiBus—DP，實(shí)現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。為解決不同數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的問(wèn)題，采用先進(jìn)的OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制功能的分散和下移，以及數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)潔化。改進(jìn)的油田集散控制系統(tǒng)，解決了操作性差和分散度不高的問(wèn)題，提高了聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的可靠性。

（欄目主持關(guān)梅君）

中原首座智能變電設(shè)備投入運(yùn)行

五一前夕，中原油田供電管理處呼沱變電站110kV8組GIS設(shè)備一次投運(yùn)成功，這是110kVGIS設(shè)備首次在該油田電網(wǎng)應(yīng)用。2014年中國(guó)石化將濮陽(yáng)中原油田呼沱變電站110kV電氣設(shè)備確定為隱患治理項(xiàng)目，投資采用了目前國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的110kVGIS設(shè)備。該設(shè)備具有節(jié)約占地面積、安全環(huán)保、節(jié)能降耗、檢修周期長(zhǎng)、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，為建設(shè)無(wú)人值守變電站、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作奠定了基礎(chǔ)。

圖1 長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)110kV的老式開關(guān)刀閘

圖2 如今投用的新型智能化變電設(shè)備

胡慶明張鈺攝影報(bào)道

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.018