楊　帆，徐　鎮(zhèn)，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(tǒng)設計

楊帆，徐鎮(zhèn)，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(shù)據(jù)采集、控制模塊、流量測量及控制部件，實現(xiàn)了各相流量的自動控制過程。該自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)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(tǒng)；多相流計量橇；PID控制；報警系統(tǒng)；流量監(jiān)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(chǎn)作業(yè)中，應盡量避免現(xiàn)場操作，因此元壩氣田多相流計量橇的自動控制系統(tǒng)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(tǒng)，確定了測量部件和調(diào)節(jié)部件［1］，達到了最終的使用效果。

1　工藝系統(tǒng)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(zhí)行器、流量計等。入口介質(zhì)經(jīng)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(tǒng)

2　控制要求

2.1PID控制回路

系統(tǒng)總共有兩個PID控制回路：

根據(jù)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(nèi)的壓力恒定。PID值要求可在控制柜和SCADA系統(tǒng)上手動輸入。根據(jù)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(nèi)的液位恒定。PID值要求可在控制柜和SCADA系統(tǒng)上手動輸入。系統(tǒng)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(diào)節(jié)。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(tǒng)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(diào)節(jié)。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(diào)節(jié)。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(tǒng)組成

如圖2所示，控制系統(tǒng)采用SCADA系統(tǒng)+現(xiàn)場監(jiān)控計算機+PLC三級控制模式，即現(xiàn)場PLC自動采集設備運行狀態(tài)和各種在線儀表的參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行處理和儲存，通過MODBUS協(xié)議供現(xiàn)場監(jiān)控計算機和SCADA系統(tǒng)調(diào)用。SCADA系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)控計算機則隨時跟蹤接收PLC的數(shù)據(jù)信號，并對各種類型模擬量及運行狀態(tài)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(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控計算機、PLC、觸摸屏、電氣控制柜、現(xiàn)場儀表等共同組成了整個控制系統(tǒng)。這樣的配置使整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、合理、可靠性和自動化程度更高［2］。

圖2　控制系統(tǒng)組成

4　控制系統(tǒng)設計

多相流計量橇控制系統(tǒng)設計包括系統(tǒng)硬件設計和系統(tǒng)軟件設計。

4.1系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)系統(tǒng)的要求，配置好整個系統(tǒng)的硬件，才能實現(xiàn)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(tǒng)配套的ABB品牌PLC，配以ABB品牌的數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏。根據(jù)系統(tǒng)邏輯與時序控制的需要，建立I/O清單，搭建硬件，最終實現(xiàn)自動控制［4］。

4.2系統(tǒng)軟件設計

軟件設計包括過程控制及組態(tài)監(jiān)控兩部分，軟件中的程序部分主要是根據(jù)整個控制系統(tǒng)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(jù)多相流分離器的操作程序以及控制要求，設計出系統(tǒng)的控制流程圖［5］，如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)控制流程圖

PLC組態(tài)監(jiān)控設計是基于PLC控制系統(tǒng)流程實現(xiàn)的，系統(tǒng)軟件設計具有以下特點，如圖4所示。

1）可實現(xiàn)人機對話，可實時顯示現(xiàn)場模擬量儀表的狀態(tài)。

2）可根據(jù)需要設置調(diào)節(jié)閥的開度，液位、壓力的設定點等參數(shù)。

3）具有永久儲存程序參數(shù)的功能，直至重新更新改新的參數(shù)。

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

5）系統(tǒng)配置了PLC與現(xiàn)場SCADA系統(tǒng)的通訊，由現(xiàn)場PLC通過MODBUS協(xié)議實時傳送現(xiàn)場情況來實現(xiàn)遠程監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

圖4　系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控界面

5　結(jié)束語

元壩氣田多相流計量橇自動控制系統(tǒng)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(fā)，采用可靠性高，抗干擾能力強的可編程邏輯控制器［6］，實現(xiàn)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(wěn)定、可靠等優(yōu)點，受到了業(yè)主的好評［7］。

［1］ 楊亞楓，王國濤.流量自動控制的設計與實現(xiàn)［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(tǒng)的設計［J］.甘肅科技，2013.

［3］ 王新，翁玉武.PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)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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