元壩氣田多相流計量橇控制系統設計

楊　帆，徐　鎮，馮栩遲

（甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州　730070）

元壩氣田多相流計量橇控制系統設計

楊帆，徐鎮，馮栩遲

（甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州730070）

文章通過分析多相流計量橇的實際工作要求，提出了簡單實用的流量自動控制模型。應用計算機數據采集、控制模塊、流量測量及控制部件，實現了各相流量的自動控制過程。該自動控制系統調節精度高、速度快、實用性高、可靠性好、整體造價低，在實際應用中取得了良好的效果。

自動控制系統；多相流計量橇；PID控制；報警系統；流量監測

元壩氣田為超深高含硫氣田，含硫天然氣是有毒氣體，故在日常的生產作業中，應盡量避免現場操作，因此元壩氣田多相流計量橇的自動控制系統是一項關鍵技術，要求自動化程度和可靠性都比較高。我們通過分析實際要求，設計了切實可行的控制系統，確定了測量部件和調節部件［1］，達到了最終的使用效果。

1　工藝系統介紹

多相流計量橇包括一臺多相流分離器、信號采集變送器、信號處理執行器、流量計等。入口介質經過設備處理后，通過氣相出口和液相出口外輸，達到了多相流計量的效果。如圖1所示。

圖1　多相流計量橇工藝系統

2　控制要求

2.1PID控制回路

系統總共有兩個PID控制回路：

根據壓力變送器PIT測量的壓力控制閥門PV（壓力控制閥）的開度，以保持多相流計量橇塊內的壓力恒定。PID值要求可在控制柜和SCADA系統上手動輸入。根據液位變送器LIT測量的液位控制閥門LV（液位控制閥）的開度，以保持多相流計量橇塊內的液位恒定。PID值要求可在控制柜和SCADA系統上手動輸入。系統分為手動和自動兩種模式。手動模式下控制柜和SCADA均可對控制閥手動調節。自動模式下控制閥進行PID自動控制。PV和LV的手動、自動模式切換獨立。系統要達到自動和手動模式的無擾切換。

2.2連鎖

當液位變送器LIT測量值小于300mm時，LV全部關閉，以便回升液位，當回升至正常液位（500mm）時解除連鎖，進行PID自動調節。此連鎖手動自動均存在。當壓力變送器PIT測量值高于8.0Mpag時，PV全部打開，以便減低壓力，當減低到正常壓力時解除連鎖，進行PID自動調節。此連鎖手動自動均存在。

2.3報警

壓力有高 （8.0Mpag）、高高 （8.6Mpag）和低（6.0Mpag）、低低（5.8Mpag）報警；液位有高（850mm）、高高（900mm）和低（350mm）、低低（300mm）報警；溫度有高、低溫度報警。

3　控制系統組成

如圖2所示，控制系統采用SCADA系統+現場監控計算機+PLC三級控制模式，即現場PLC自動采集設備運行狀態和各種在線儀表的參數，并對數據進行處理和儲存，通過MODBUS協議供現場監控計算機和SCADA系統調用。SCADA系統和現場監控計算機則隨時跟蹤接收PLC的數據信號，并對各種類型模擬量及運行狀態進行巡回檢測，對各種類型的報警進行故障判斷處理。SCADA系統、現場監控計算機、PLC、觸摸屏、電氣控制柜、現場儀表等共同組成了整個控制系統。這樣的配置使整個控制系統結構簡潔、合理、可靠性和自動化程度更高［2］。

圖2　控制系統組成

4　控制系統設計

多相流計量橇控制系統設計包括系統硬件設計和系統軟件設計。

4.1系統硬件設計

根據系統的要求，配置好整個系統的硬件，才能實現多相流計量橇簡易、高效、低能耗的過程自動化控制［3］。此次采用的是性價比較高，且跟SCADA系統配套的ABB品牌PLC，配以ABB品牌的數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏。根據系統邏輯與時序控制的需要，建立I/O清單，搭建硬件，最終實現自動控制［4］。

4.2系統軟件設計

軟件設計包括過程控制及組態監控兩部分，軟件中的程序部分主要是根據整個控制系統的操作程序、功能要求、硬件部分的配置情況和PLC總I/ O分配情況進行設計。根據多相流分離器的操作程序以及控制要求，設計出系統的控制流程圖［5］，如圖3所示。

圖3　系統控制流程圖

PLC組態監控設計是基于PLC控制系統流程實現的，系統軟件設計具有以下特點，如圖4所示。

1）可實現人機對話，可實時顯示現場模擬量儀表的狀態。

2）可根據需要設置調節閥的開度，液位、壓力的設定點等參數。

3）具有永久儲存程序參數的功能，直至重新更新改新的參數。

4）為了能使系統可靠運行，軟件設置了故障報警、現場控制參數高低報警，當PLC接收到的模擬量參數高于或低于設定報警值時，控制系統自動啟動蜂鳴器并同時在觸摸屏上顯示報警畫面。

5）系統配置了PLC與現場SCADA系統的通訊，由現場PLC通過MODBUS協議實時傳送現場情況來實現遠程監控整個系統的運行狀態。

圖4　系統組態監控界面

5　結束語

元壩氣田多相流計量橇自動控制系統是在簡單實用的自動控制模型基礎上，從實際應用角度出發，采用可靠性高，抗干擾能力強的可編程邏輯控制器［6］，實現了橇塊的全自動控制，自投入使用以來，運行良好，顯示出簡潔、實用、穩定、可靠等優點，受到了業主的好評［7］。

［1］ 楊亞楓，王國濤.流量自動控制的設計與實現［J］.石油儀

器，2002，16（3）：9～11.

［2］ 王建，黃顯德.三相分離器自動控制系統的設計［J］.甘肅科技，2013.

［3］ 王新，翁玉武.PLC控制系統用于原油脫水［J］.油氣田地面工程，2004，10.

［4］ 胡靜.船舶油水分離器控制系統的研究［J］.寧波：公安海警學院學報，2015.

［5］ 王曉莉.GLCC多相流計量裝置［J］.測量與設備，2005（4）.

［6］ 薛國民，沈毅.螺旋管氣液分離器結構與控制系統設計［M］.電機與控制學報，2009.

［7］ 賈梅英，元愛紅.多相流分離計量技術的應用研究［J］.INDUSTRIAL MEASUREMENT，2006VOL.16NO.4.

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