基于特殊情況下的頁巖氣流量檢測

黃遠翔 吳文秀 付運金

摘? 要：該文簡單針對涪陵頁巖氣田焦石壩區塊集氣站站控系統I/O點位不足問題，提出借助第三方XB-JSY型流量積算儀實現分離器流量監測的方案。運行表面：采用該方案可有效緩解站控系統I/O點位的問題并可實現場站數據的集中監視、操作、控制，從而實現實時統一調度和自動化管理。

關鍵詞：涪陵頁巖氣? SCADA系統? 分離器? 力控? 流量監控

中圖分類號：TE3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0049-02

集氣站是頁巖氣輸配系統中的一個單元，用于將頁巖氣進行分離、計量、除塵后集中外輸。由于集氣站數據龐雜、環境惡劣、危險性高，為保障生產安全，場站自動化站控系統成為一個重要的手段。集氣站站控系統是場站內工藝參數及設備運行狀況信息的集成傳輸樞紐，用于場站數據的集中監視、操作、控制，并通過通信網絡將數據上傳至調度控制中心，從而實現實時統一調度和自動化管理。

近年來，隨著涪陵頁巖氣開發的高速發展，在集氣站附近可能需要添加新的井口或者在集氣站管理下的無人值守站增多。在早期PLC系統設計中集氣站站控系統I/O點位可能設置不足，這種情況容易導致一些后期開發井組數據不能及時納入SCADA系統平臺進行集中監控，集氣站人員在實時操作過程中無法直觀地監控到一些重要數據，可能導致一些無法彌補的損失。針對這種情況，筆者設計了一套以力控為組態軟件的分離器流量監測系統，可以在以上情況下啟用，可以對所監控范圍內各站點的分離器出口頁巖氣情況進行實時的監控與計算計量，并通過對管道內的各項參數如瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、差壓等進行實時監測，讓值班人員可以及時地了解到頁巖氣流量的實際情況。

1? 系統整體結構

圖1為涪陵焦石壩區塊集氣站站控系統通訊流程，分離器儀表如壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器等數字或模擬信號通過Modbus TCP/IP 協議傳輸PLC控制器，并以力控軟件為基礎開發的上位機軟件對集氣站站內數據與無人值守井口儀表進行實時監控，調控中心電腦客戶端也可以借助網絡對力控畫面進行實時監控。

在集氣站內增加井口或者附近無人值守站增多時，將導致集氣站PLC控制系統I/O點數不足。如圖2所示，可使用XB-JSY型流量積算儀在線測量油田頁巖氣的流量，將管道中的頁巖氣流量經補償、計算自動換算為工業標準狀態下的頁巖氣體積流量和積算量、完善流量測量精度，并通過FS-MM485A實現MODBUS TCP到MODBUS RTU協議的雙向轉換將數據傳輸到集氣站交換機，然后將FS-MM485A的網口用網線連接到計算機的網口或者用網線連接到以太網交換機的網口，交換機的另一網口連接到計算機，最后以力控軟件為基礎開發的上位機軟件對流量積算儀進行監控與管理，調控中心可以通過局域網查詢相關的現場數據，對力控畫面進行實時監控，建立獨立的監控系統。

2? 系統配置與實現方法

2.1 XB-JSY型流量積算儀的配置

XB-JSY型流量積算儀是一款主要解決在線測量油田天然氣的流量，將管道中的天然氣流量經補償、計算自動換算為工業標準狀態下的天然氣體積流量和積算量、完善流量測量精度而設計的產品，它以32位ARM微處理器為核心，配置高速A/D數據處理通道的二次儀表。

（1）程序開鎖。

（2）修改通道參數：分別將采集到的差壓、溫度、壓力、液位變送器量程與單位輸入到通道1、通道2、通道3、通道4。

（3）修改裝置參數：選擇測量裝置、管道材質，以及節流口徑（孔板直徑），測量介質為天然氣。

（4）設備地址設置：根據需要接入流量積算儀的個數分配地址，各個流量積算儀之間的地址不能重復。

2.2 XB-JSY型流量積算儀與上位機的連接

MODBUS是工業設備通信中使用非常廣泛的通信協議，系統中流量積算儀使用基于RS485/RS422/RS232串口的MODBUS-RTU通信協議，調控中心使用MODBUS TCP是基于以太網的通信協議。為了實現與調控中心之間的通訊，可通過四星電子FS-MM485A實現這兩種協議的雙向轉換，使MODBUS TCP主站和MODBUS RTU從站無縫連接。

要用FS-MM485A模塊實現MODBUS TCP主站與MODBUS RTU從站的橋接，需在模塊的設置中將Protocol（協議）設置成Modbus TCP to RTU，模塊的工作模式設置成TCP Server，端口號設置成MODBUS TCP專有的端口號，這樣在主站計算機的MODBUS TCP應用軟件中設置去連接的IP地址和端口號以及從站設備的地址，就能訪問從站MODBUS RTU設備。

在力控上修改設備配置：于I/O設備組態>設備配置>設備地址中填入與流量積算儀設備相匹配的地址，這樣才可進行設備與力控的數據連接。

2.3 人機交換界面設計

根據設計需求應用力控軟件制作HMI畫面，實現對現場數據實時監控。81#集氣站人機交換界面如圖3所示。

通過力控畫面實時反映現場分離器出口瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、差壓的實時變化情況，然后定義與組態軟件力控實時數據庫中變量相對應的監控系統中的設備，通過流量積算儀采集設備的數據，并通過通信接口把數據傳輸給計算機。

3? 結語

該系統在涪陵焦石壩區塊集氣站站控系統經過1年多的運行表明，可有效緩解站控系統I/O點位的問題并可實現場站數據的集中監視、操作、控制，從而實現實時統一調度和自動化管理。

參考文獻

[1] 于國軍.天然氣交接計量監控系統開發與應用[J].計量技術，2017（5）：37-40.

[2] 祝鑫.PLC在SCADA系統的天然氣計量中的應用[D].西安石油大學，2016.

[3] 宋洪儒，何志琴.計算機水流量PLC監控系統[J].兵工自動化，2008（10）：89-91.

[4] 方晨媛子.淺談天然氣流量集中監控系統的設計與實現[J].石油技術，2017，24（3）：265.

[5] 楊帆.天然氣門站計量監控系統的設計與實現[D].西南交通大學，2013.