浙大中自SunyPLC250可編成邏輯控制器在油田計量站中的應(yīng)用

1．概述
計量站是油田的重要組成部分，每個計量站都擔(dān)負(fù)著多口油井的生產(chǎn)計量任務(wù)。通過計量站對油井生產(chǎn)情況的計量，可及時、準(zhǔn)確地了解每口油井的工作情況，同時為油田地質(zhì)部門提供油藏工程資料。但是，目前我國很多油田的計量站仍然采用人工計量方式，勞動強(qiáng)度大，效率低，且人工計量次數(shù)少、時間短，計量結(jié)果代表性差。
為了實現(xiàn)計量的自動化，提高計量的效率和準(zhǔn)確度，越來越多的PLC和HMI（人機(jī)界面）被應(yīng)用在了計量站自動控制系統(tǒng)中。其中PLC安裝在計量站，用于實現(xiàn)每天的自動計量與計量數(shù)據(jù)的傳輸；而HMI可放置在計量站，直接接收PLC的數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時顯示，并自動記錄生成相關(guān)報表，并將信息傳送至廠區(qū)總控室等；也可由PLC的直接通過無線傳輸將計量相關(guān)信息數(shù)據(jù)送廠區(qū)總控室，在總控室的HMI上進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。
通過浙大中自公司工程技術(shù)人員的實踐，已成功地將SunyPLC250和SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件（HMI）成功的應(yīng)用在了油田的計量站控制中。下面某一計量站為例，說明計量站自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。

2．工藝流程

該計量站通過分離器可實現(xiàn)11口油井的計量工作。當(dāng)某口油井需要計量時，將其對應(yīng)的三通閥切到計量位，油井向分離器中進(jìn)液，根據(jù)分離器中液位由計量下限上升到計量上限所需的時間，可換算出該井的產(chǎn)液量，再根據(jù)該井的油樣化驗，最終得出其日產(chǎn)油量。依次通過導(dǎo)閥，分離器進(jìn)液和排液，可實現(xiàn)對每口油井的計量。

3．系統(tǒng)構(gòu)成
3.1 產(chǎn)品簡介
SunyPLC250是浙大中自公司推出的一種模塊式結(jié)構(gòu)的中小型PLC，具有結(jié)構(gòu)靈活、維護(hù)簡單、性價比高的特點(diǎn)。產(chǎn)品采用32位嵌入式處理器，邏輯指令執(zhí)行時間可達(dá)0.50us/步。
SunyPLC250由各種功能模塊（CPU模塊、接口模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、電源模塊等）及底板、個人計算機(jī)、編程軟件SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件、通信電纜和人機(jī)界面構(gòu)成。
SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件是浙大中自公司推出的DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件，亦可單獨(dú)作為HMI軟件使用。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
計量站控制系統(tǒng)主要由SunyPLC250可編程邏輯控制器，SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件（上位機(jī)運(yùn)行），傳感器（液位、溫度、壓力）以及執(zhí)行器（電動三通閥、電動球閥）組成。如下圖所示：


溫度傳感器安裝于單井來液管上，用于實時監(jiān)測來液溫度；液位傳感器安裝于分離器，用于測量計量液位，判斷計量所處階段；壓力傳感器安裝于分離器，測量分離器內(nèi)的壓力。電動三通閥安裝于來液管道上，根據(jù)SunyPLC250的輸出控制產(chǎn)生相應(yīng)動作，從而控制單井處于計量態(tài)還是生產(chǎn)態(tài)。
SunyPLC250可編程邏輯控制器是整個計量站自動控制系統(tǒng)的核心，它按照程序設(shè)定，每天定時進(jìn)行自動計量，依次將每口單井三通閥切換到計量位，待計量完成后再將其切換到生產(chǎn)位。被計量的單井根據(jù)其在分離器中進(jìn)液時，由計量下限到計量上限所需要的時間換算出該井的日產(chǎn)量。同時，SunyPLC250通過SNET網(wǎng)絡(luò)，以ModbusRTU協(xié)議將采集到的溫度、液位、壓力信號，和計量結(jié)果送到上位機(jī)。上位機(jī)通過SunyTech軟件實時顯示、記錄測量值，并在信號不正常時發(fā)出聲光報警，提醒值班人員注意，并可根據(jù)需要定時打印生產(chǎn)報表。

3.3 系統(tǒng)配置
SunyPLC250為模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，該計量站自控系統(tǒng)得I/O點(diǎn)數(shù)為AI：13、DI：13、DO：26，系統(tǒng)配置如下：



4．控制方案
計量站自動計量控制主要完成以下功能：
每天定時單井按順序進(jìn)行自動計量，上位機(jī)可干預(yù)設(shè)置哪口井不參與計量，且單井停井時，計量必需跳過此井計量下一口井。
上位機(jī)可人工單獨(dú)指定某口井進(jìn)行計量。
單井計量完成時，自動打開分離器排液閥進(jìn)行排液，并根據(jù)排液情況，關(guān)閉分離器氣出口閥。
與一般的PLC編程軟件不同，SunyPLC250編程軟件提供了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的FBD、LD、SFC、IL和ST五種編程語言，編程者可根據(jù)編程需要選用任意一種或幾種編程語言來實現(xiàn)。

4.1 自動計量
每天上午8：00點(diǎn)（時間可以由操作人員上位機(jī)更改）根據(jù)默認(rèn)井位自動從第一口可計量井開始計量，計量井號由上位機(jī)給定。PLC將自動根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的順序進(jìn)行倒閥、計量、排液操作。計量過程中,30分鐘未長1公分(可由操作人員更改)的井（認(rèn)為該井停產(chǎn)）將被跳過,繼續(xù)計量下一口井。
操作步驟為：將要計量的井對應(yīng)的三通閥切至計量位，當(dāng)分離器液位達(dá)到計量下限時開始計時，到達(dá)計量上限時，記下計量時間；自動打開排液閥，關(guān)閉分離器氣出口閥，開始排液；并將該井三通閥切至生產(chǎn)位；當(dāng)液位排至低液位時，再打開氣出口閥，關(guān)閉排液閥，并將所需計量的下一口井對應(yīng)的三通閥切至計量位，進(jìn)入下一口井的計量。
該程序采用LD語言組態(tài)，如下圖所示：


4.2 指定計量
單井的指定計量由上位機(jī)控制，操作員發(fā)出指定計量的單井井號。
單井計量應(yīng)選擇自動計量完成后，操作員在計量控制表中點(diǎn)擊所需計量井按鈕，確認(rèn)后上位機(jī)發(fā)出指令，SunyPLC250自動將自動對該井進(jìn)行計量。計量時，先將其三通閥切換至計量位，向分離器進(jìn)液，當(dāng)液位到達(dá)計量下限時開始計時，當(dāng)液位進(jìn)一步上漲，到達(dá)計量上限時，記下計量時間，然后打開排液閥，關(guān)閉分離器氣出口閥，開始排液，將三通閥切換至生產(chǎn)位計量完成。
單井指定計量流程圖如圖所示。



5．操作管理（HMI）
上位機(jī)的操作管理主要是通過SunyTech工業(yè)控制應(yīng)用軟件實現(xiàn)人機(jī)界面功能。通過對計量站工況的監(jiān)控，操作員可監(jiān)視自動計量的全過程，并控制哪口井參與自動計量，以及指定某口單井進(jìn)行指定計量。HMI畫面包括計量站總貌、自動計量選擇、單井計量指定等畫面。計量站總貌畫面用于監(jiān)視計量站的實時運(yùn)行情況（如下圖所示），自動計量畫面用于選擇設(shè)置參與自動計量的井號，單井計量畫面用于設(shè)置要進(jìn)行指定計量的單井。系統(tǒng)還可根據(jù)每天的計量情況生成計量站計量數(shù)據(jù)日報表。



6．結(jié)束語
SunyPLC250可編程邏輯控制器技術(shù)先進(jìn)、功能豐富、運(yùn)行穩(wěn)定，在油田計量站的應(yīng)用中，既提高了計量站現(xiàn)場控制的自動化水平，又保證了計量的準(zhǔn)確可靠性，取得了良好的效果，值得在泵站、氣站等類似行業(yè)中推廣使用。