SCADA系統(tǒng)在吐哈氣田天然氣預(yù)處理裝置中的應(yīng)用

金富余 王建江

（吐哈油田丘東采油廠，新疆 鄯善 838202）

引言

吐哈油田丘東采油廠天然氣預(yù)處理裝置紅臺集氣站主要對來自周邊20多口單井天然氣進行油氣閃蒸分離，然后利用氨制冷進行制冷后預(yù)冷分離，將分離的天然氣進入三甘醇脫水系統(tǒng)脫水后增壓集輸至丘東天然氣處理廠。集氣站主要由DeltaV DCS系統(tǒng)實現(xiàn)對整個裝置的生產(chǎn)過程的監(jiān)控和保護。

在單井上主要是對來自地下的天然氣進行節(jié)流，然后通過水套加熱爐進行加熱后外輸至天然氣預(yù)處理裝置。單井的井口壓力、溫度、天然氣泄漏的儀表檢測以及水套加熱爐火焰、水溫、水位檢測和外輸天然氣的緊急切斷閥的遠程關(guān)斷整個系統(tǒng)的實現(xiàn)由遠程終端裝置MOX公司的產(chǎn)品MOXRTU來實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 集氣站 DCS

天然氣預(yù)處理裝置紅臺集氣站選用艾默生公司的DeltaV DCS系統(tǒng)。DeltaV系統(tǒng)實現(xiàn)對整個裝置的生產(chǎn)過程的監(jiān)控和保護，包括過程控制(PCS)、緊急關(guān)斷控制（ESD）、可燃氣體檢測、火氣探測（F&G）和消防控制。同時對現(xiàn)場12套機組設(shè)備的PLC和20套單井RUT進行數(shù)據(jù)通訊和控制；在操作站的人機界面上實現(xiàn)遠程停機和單井緊急切斷閥關(guān)斷。

1.2 單井 MoxRTU

各氣井的遠程終端裝置采用采用MOX公司具有模塊化結(jié)構(gòu)、開放的技術(shù)設(shè)計思路的產(chǎn)品MOXRTU作為硬件平臺。MoxRTU的設(shè)計采用國際工業(yè)標準和目前最先進的技術(shù)。保證系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下正常工作。產(chǎn)品采用目前最新的通信方式Modbus TCP/IP協(xié)議通信，信道采用自建光纖網(wǎng)絡(luò)，每口單井將光纜敷設(shè)RTU柜至DCS控制室，實現(xiàn)實時快速的有線通訊方式。

圖1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

單井RTU系統(tǒng)采用太陽能供電，由于紅臺集氣站處于古城新疆鄯善西行100余公里處的不毛的戈壁，太陽輻射強，日照時間長；采用2塊12V DC的太陽能電池板完全滿足RTU系統(tǒng)的供電要求。

2 SCADA系統(tǒng)

2.1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

預(yù)處理裝置控制站內(nèi)的DCS系統(tǒng)有1臺工程師站、2臺操作員站和1臺WEB服務(wù)器實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)Web遠程發(fā)布。在丘東生產(chǎn)調(diào)度室調(diào)度人員可以利用WEB瀏覽器對SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1:

2.2 PLC與DCS通訊

集氣站12套機組設(shè)備的PLC，用來獨立控制各自設(shè)備的運行。利用RS485/ModbusU協(xié)議與DeltaV-DCS系統(tǒng)的PSIC串口通信卡件采用2線制的RS485接線通訊，其具體參數(shù):波特率:9600Bit/s；數(shù)據(jù)位:8Bit;停止位:1Bit;奇偶校驗:偶校驗;錯誤碼檢測:無。

采用深圳市天地華杰科技有限公司的TD-1204/RS-485集線器。每個端口都獨立具有光隔、短路、開路保護功能。在系統(tǒng)單個通訊回路發(fā)生故障的時候，內(nèi)置的控制器能夠及時的切斷有故障的端口，使RS485集線器保證每一端口都起到獨立工作，達到互不干擾的效果。

2.3 MoxRTU與DCS通訊

遠程終端MOXRTU采用通信方式為Modbus TCP/IP協(xié)議通信，在DCS系統(tǒng)配置中選用了VIM-Modbsu TCP/IP虛擬網(wǎng)關(guān)，虛擬8個串口，32個網(wǎng)址；虛擬模塊網(wǎng)關(guān)使用Modbus TCP/IP和Ethernet IP協(xié)議實現(xiàn)DeltaV控制系統(tǒng)與開放式以太網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間的通信。DeltaV控制器可以通過以太網(wǎng)絡(luò)從RTU等設(shè)備中讀取和寫入信號。虛擬模塊網(wǎng)關(guān)由硬件、固件兩部分組成:硬件 -MIM-4207:虛擬IO模塊卡件；固件 -IOD-4101:Modbus TCP驅(qū)動程序或IOD-4102:EthernetIP驅(qū)動程序。

每套DeltaV控制器至多可以安裝兩套虛擬模塊網(wǎng)關(guān)組件，每套虛擬模塊網(wǎng)關(guān)組件包括一塊兩槽系統(tǒng)底板、一塊系統(tǒng)電源卡件、一塊虛擬模塊網(wǎng)關(guān)卡件。虛擬模塊網(wǎng)關(guān)必須安裝在DeltaV控制器的左側(cè)。虛擬模塊網(wǎng)關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)（VIMNet）必須與DeltaV控制網(wǎng)絡(luò)相互隔離，以保證DeltaV控制系統(tǒng)的安全。

虛擬模塊網(wǎng)關(guān)仿真占用DeltaV控制系統(tǒng)最后一塊IO底板，即占用IO卡號57-64。若為簡單模式，每塊虛擬模塊網(wǎng)關(guān)占用IO卡號57-60或61-64。若為冗余模式，則冗余占用IO 卡號57/58、59/60、61/62和 63/64。

VIMNet網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點設(shè)備IP地址都需設(shè)置在同一網(wǎng)段上，使用同一的子網(wǎng)屏蔽碼。

根據(jù)工程實際使用VIMNet組態(tài)軟件對虛擬模塊網(wǎng)關(guān)進行一系列的設(shè)置。首先對虛擬模塊網(wǎng)關(guān)的IP地址、子網(wǎng)屏蔽碼、仿真的IO卡號及冗余進行設(shè)置，再對仿真的串口進行設(shè)置，IP地址RTU系統(tǒng)為設(shè)備的具體IP地址；Port號-RTU系統(tǒng)為502，通信協(xié)議-RTU系統(tǒng)為RTU，設(shè)置完成后進行保存和下載。

2.4 系統(tǒng)功能

2.4.1 氣田各井站數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控和工藝流程的動態(tài)顯示。

2.4.2 在線完成溫度、壓力、流量、液位、PID調(diào)節(jié)等參數(shù)及給定值的設(shè)定。

2.4.3 采用AGA8天然氣流量計算。

2.4.4 提供完善的報警管理、事件記錄、趨勢圖顯示等功能。

2.4.5 具有多級用戶管理功能，將用戶的權(quán)限劃分為操作員、系統(tǒng)工程師、工藝工程師三級。

2.4.6 具有調(diào)度遠程能監(jiān)控管理功能。

2.4.7 工藝流程和報警信息提示漢化。

3 結(jié)束語

紅臺集氣站SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機及自動控制技術(shù)管理氣田，中控室操作人員能夠遠程監(jiān)控和控制，生產(chǎn)調(diào)度人員能夠通過WEB瀏覽實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控；保證氣田生產(chǎn)安全、可靠、平穩(wěn)、經(jīng)濟地運行。

[1]SH3063-1999，石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范

[2]HG/T 20511-2000，信號報警，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定

[3]劉偉.基于Intranet油田生產(chǎn)管控一體化系統(tǒng)[J].電氣自動化，2004.

[4]陸德民.石油化工自動控制設(shè)計手冊[S].第3版,化學(xué)工業(yè)出版社，1993.