SLC 5/04可编程控制器在海上平台自动化系统中的应用

摘 要：SLC 5/04可编程控制器是埕岛海上平台自动化系统的关键设备，负责完成现场生产数据的采集和生产设备的监测，并将中心平台的控制命令转换成现场执行器可接收的信号，从而实现中心平台对卫星平台的遥测遥控。本文介绍了SLC 5/04可编程控制器的这些特点、系统组成、功能及海上平台的应用。 关键词：SLC 5/04可编程控制器；海上平台；遥测遥控 1 概 述 胜利埕岛油田位于渤海湾南部的浅海、极浅海海域，水深10m左右，1999年原油产量为201万吨，是我国第一个浅海百万吨级大油田。但是，该海域自然环境条件恶劣，加上简易采油平台设计空间有限，这就要求平台生产和管理人员越少越好，直至无人值守，要达到这一目的，只有全面实施海上平台的自动化测控系统工程。 埕岛油田自动化测控系统采用的是澳大利亚Honeywell公司开发的SCADA系统，该系统采用三级管理模式，即“卫星平台站→中心平台站→陆地中心站”的管理模式。其中卫星平台站设置在采油平台上，由远程终端(RTU)完成采油平台数据的采集、处理和判断,并将数据发往中心平台站,同时接收中心平台站发来的控制命令,实现中心平台对卫星平台的遥控遥测。见下图： 　　远程终端（RTU）的硬件构成主要包括：SLC 5/04系列可编程控制器、MDS4310无线电台、电源转换器、蓄电池等。应用软件包括Rslogix500、Rslinx或Wintelligent linx等。 卫星平台和中心平台之间采用无线电进行通讯，通过SLC 5/04可编程控制器的RS232接口与MDS4310电台连接，采用DF1半双工通讯协议进行通讯，当中心平台的主设备启动并开始查询时，SLC 5/04可编程控制器通过发送数据包，完成卫星平台与中心平台的 数据传输，通讯频点为400MHz。 2 工艺简介 每个采油平台包括4-9口油井，通过控制电动三通阀使原油分别进入计量管线与混输管线，计量管线中的原油经过加热器加热后，进入计量分离器进行油气分离，分别通过质量流量计和旋进旋涡流量计计量油井的产液量和产气量，再汇入海底管线，为保证计量的准确性，任何时候只能有一口油井在计量状态；混输管线中的原油经过加热器加热后，直接进入海底管线。 采油平台的主要测控参数包括： 2.1 生产参数：实时采集每口油井的油温、回压、套压、油压、流量、三相电流、电压以及海底管线压力、温度、电加热器进、出口温度、分离器压力等生产参数。 2.2 安全监测：主要是可燃气体监测、火灾报警监测、井下安全阀状态监测等。 2.3 机泵监测：运行状态（非启、非停）报警、异常电流趋势报警等。 2.4 状态报警：包括电泵缺相、短路报警，分离器高、低液位报警，三通阀状态报警等。 2.5 遥控功能：遥控电动三通阀的开关，安全阀的关断及采油泵的启停。 3 SLC 5/04可编程控制器的硬件配置 SLC 5/04可编程控制器具有功能强大、体积小、灵活可靠等优点，主要包括以下几个基本元素（见下图） 　　其中，工艺过程即控制对象，输入传感器和输出执行器为现场一次仪表。 3.1 CPU模块（1746-L541）：这是该控制系统的核心，按照事先装载的程序，对输入模块提供的各种信号进行逻辑判断和算术运算，并根据中心平台的控制命令，控制输出模块。1746-L541主要具有以下性能： Ａ、RS232（通道0）和DH+（通道1）接口：RS232接口与无线电台连接，完成与中心平台的数据传输;DH+接口可通过1784-PCM6/B电缆直接将SLC 5/04可编程控制器和装有PCMK/B卡的计算机连接，实现在线编程。 B、LED指示：显示可编程控制器的各种状态，主要包括RUN（运行指示）、FLT（故障指示）、BATT（电池指示）、FORCE（强制输入/输出指示）、DH+和RS232通道指示。 C、钥匙开关：通过拨动钥匙开关可以选择RUN、PROG、REM三种模式中的一种： 3.2 输入模块：从现场传感器获取信号，经过处理变成可编程控制器内部信号，供可编程控制器进行运算、比较、传输等。主要包括以下模块： 模拟量输入模块：1746-NI8，主要是用于检测现场4～20mA模拟量信号，并进行A/D转换，实现模拟量信号与可编程控制器数据的直接接口。 数字量输入模块：1746-IA16（110V）、1746-IB16（24V）、1746-IM16（220V），用于和开/关传感器连接，包括限位开关、指示灯、报警器等，输入信号直接控制相应的可编程控制器数据位的状态。 高速脉冲模块：1746-HSCE 对质量流量计的10KHz脉冲输入信号进行精确计量，以检测原油产量。 3.3 输出模块（数字量）：数字量输出模块的输出直接由相应的可编程控制器数据位的状态来控制，并转换成现场执行器能够接收的信号，进而驱动现场执行器，达到自动控制现场设备的目的。 4、SLC 5/04可编程控制器的软件组态 SLC 5/04可编程控制器可利用Rslogix500进行在线/离线编程，Rslogix500具有方便易用的操作界面，可在Windows95/98或Windows NT下运行，另外，它还具有高级诊断能力和可靠的通讯能力，可通过Rslinx或Wintelligent linx直接从可编程控制器获取数据，并可监测处理过程，实现在线编程，方便系统的操作和维护。 本套系统的可编程控制器程序主要包括： 4.1 主程序：负责协调各子程序之间的运行； 4.2 流量测量子程序：用于检测油井的产液量和产气量，主要原理如下：收到“计量开始”命令→锁定要计量的油井→清除上次数据→预置初始数据→进行累计→求平均值。 4.3 控制子程序（包括电动三通阀和机泵的控制）：当PLC接收到计量/混输命令后，对应的OW16模板点（如FVO-1C011D111/FVC-1C011D111）置1，为避免阀卡死或输出故障后三通阀一直加电，60s后对应点自动置0（断电），并判断阀位置反馈信号（如ZSO-1C011D111/ZSC-1C011D111），若为计量/混输状态，则倒井成功，否则倒井失败。流程图见4.1。 　　当PLC接收到开泵命令后，对应的OW16模板点（如HSO-1C011D111）置1，2s后自动置0（断电），30s后判断该泵电流（电泵为三相、螺杆泵为一相），若大于等于5A，置开泵成功标志，显示“开”，若任一相电流小于5A，则置“开故障”标志，显示“开故障”。 当PLC接收到停泵命令后，对应的OW16模板点（如HSC-1C011D111）置1，2s后自动置0（断电），30s后判断该泵任一相电流，若电流小于5A，置关井成功标志，显示“关井”，若电流大于等于5A，则置故障标志，显示“关故障”。流程图见4.2。 当PLC接收到开泵命令后，对应的OW16模板点（如HSO-1C011D111）置1，2s后自动置0（断电），30s后判断该泵电流（电泵为三相、螺杆泵为一相），若大于等于5A，置开泵成功标志，显示“开”，若任一相电流小于5A，则置“开故障”标志，显示“开故障”。 当PLC接收到停泵命令后，对应的OW16模板点（如HSC-1C011D111）置1，2s后自动置0（断电），30s后判断该泵任一相电流，若电流小于5A，置关井成功标志，显示“关井”，若电流大于等于5A，则置故障标志，显示“关故障”。流程图见4.2。 4.4 加热器工况判断（3个电加热器）：设定报警死区（+/-5）→比较加热器的进出口温度→若出口温度≤进口温度→报警。逻辑图见4.3。 T2≤T1 2#电加热器报警；T3≤T1 3#电加热器报警 ；T4≤Tx 1#电加热器报警 TX为正在计量井油温，报警死区为5℃。另外，还包括数据采集及判断子程序、初始化子程序、安全阀和紧急切断阀处理子程序、通讯子程序等。 5、特殊功能及实现 5.1 电泵、螺杆泵电流异常趋势报警 电泵、螺杆泵电流运行趋势软件专为分析电泵、螺杆泵运行状态开发的，当电泵、螺杆泵正常运行时，SLC 5/04PLC对泵的电流采样值进行实时判断，当运行出现异常时，可编程控制器以1s的采样速率对电泵、螺杆泵电流值进行5分钟的快速采样，并将采样数据包发送到中心平台，工作人员可根据电流趋势曲线分析电泵、螺杆泵故障原因。 5.2 单井液、气量计量 　　由于每个采油平台有一套计量装置，几口油井共用，只能分时计量，正常情况下，总是有一口井（假设为1＃井）的油进计量分离器（但不一定计量），平台上其它井的油走混输流程。若要对某一口井（假设为2＃井）进行计量，首先控制三通阀将1＃井倒入汇输流程，再将2＃井倒入计量流程，此时可编程控制器开始计时，稳定运行10分钟后，开始对质量流量计、气体流量计进行数据采集，并对液量和气量进行累计（若采样值为负按0考虑）得出液量、气量累计值；液量和气量的瞬时流量由实时采样值求平均值得出。可编程控制器收到计量停止命令后保存该值，做为班、日产量累计值之用。 5.3 生产方式改变自动组态 目前海上平台的油井有4种生产方式：自喷井、电泵井、螺杆泵井和注水井，当油井生产方式改变时，通过修改SLC的N11配置文件可自动变更程序以满足现场要求。三通阀分为自动/手动，当三通阀方式改变时，也只需修改SLC的N11配置文件即可。 6、结束语 　　SLC 5/04可编程控制器在埕岛油田自动化系统中的应用，充分体现了该可编程控制器系统的配置方便、组态简单、功能丰富等优点,它的应用还有更广阔的天地，只要深入研究，不断探索，它在采油平台中的应用必将越来越广泛。