基于PLC控制的油田自动化计量系统.pdf

第3 3 卷第2 期 2 0 1 4 ．0 2 仪表电气 基于 P L C控制的油田自动化计量系统 张旭芬 淄博职业学院 摘要 P L C是一种专 门在工业环境下应 用而设计的数字运算操作的电子装置。对 于油田计 量的具体工作来说 ，系统会根据预先设定好的顺序进行 自动地循环 、计算和控制 ，也可 以人 为 地 中断机器的工作并进行适时调整。计量的控制主要分为 自动、指定 、停止 3 个过程。采用这种 装置不仅提 高了作业的连续性 ，降低 了工作成本 ，提 高了作 业效率 ，并且比以前的传统技术更 具有可持续发展性 ，测量精度也得到进一步的提升 ，提 高了油田各项指标资料的准确性。 关键词P L C；油 田自动化 ；计量系统 ；总线技术 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 2 ． 0 3 6 产量计量是油田生产中很重要的一个环节 ， P L C 控制技术在新型的油 田自动化计量装置系统 中 应用非常广泛。为了解决油井生产过程 中低产问题 和间歇性 出油的计量 问题 ，使用 7 2 0 0 可编程控制 器 ，通过构 架不同的处理模块 如警报处理 、控 制 、检i 贝 0 、切换等 ，最终完成各个油井 的计量信 息采集和统计 ，实现对油井计量系统的实时监控。 l 关键支持技术 1 ． 1 P L O 技术简述 P L C P r o g r a mm a b l e L o g i c C o n t r o l l e r 是一种专 门在工业环境下应用而设计 的数字运算操作的电子 装置 。它采用可 以编制程序的存储器 ，包括 电 源 、中央处理单元 C P U 、存储器 、输入输 出接 口电路、通信模块和功能模块等，主要用来在其内 部存储执行逻辑运算 、顺序运算 、计时 、计数和算 术运算等操作的指令 ，并能通过数字式或模拟式的 输入和输出 ，控制各种生产过程 。P L C及其有关的 外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整 体，易于扩展其功能的原则而设计。一旦投人使 用 ，即可完成输入采样一用户程序执行一输出刷新 的过程周期 ，在运行期 间，一般这样 的周期是重复 执行 的。 1 ． 2 在油田自动化计量中的应用 在硬件设计上 ，通过 C P U 2 2 4 一X P和E M2 3 1 模 拟量扩展模块的有机结合，可以组成必要的硬件系 统，也就是工控机加P L C 。设计使用8 个模拟点输 出和 1 2 个开关点输出，运用报警检测 、实时监 控 、有效检测 、数据切换四个主要模块进行工作。 点击进入S t a r t 模式后 ，油井的具体选井信号会通 过多通阀反馈给P L C系统， 计算机将记录下液位开 关处的液体位置数据，并且进行实时更新，一旦计 量次数与原有设定的次数数值相吻合，就开始计算 液量。同时为了保证安全生产，对于一些故障也有 特殊说明比如液体的位置高于某个警戒值时系统 自动将切换到报警模块 ，进行应急处理 ；或者系统 突 遇 紧急停 电 ，也会 触发 报警 设 置 ，保 护生 产 安全 。 通过计量流程 图可以看出，P L C系统 可以同时 对温度、压强、液位等传感器的具体数据进行实时 监测。通过P L C和工控机 的信号交换 ，可以进行数 据的传输并对仪器中液量进行计量。此外，P L C 还 可以实现对加热源 、加热泵 的控制 ，以自动化方式 来维持箱内体液位和内部温度。工控机主要负担着 计算的功能，结合采集到的相关数据 ， 工控机根据 设定的算法进行计算，得到高精度的油井累积产量 值和顺势采集的流量值 ，这些都有利于工作人员实 时掌握一线最新信息。 2 自动化计量系统设计 2 ． 1 基本结构解析 图 1 为 P L C计量系统结构 。可编程控制器 P L C 主要选取的是O M R O N下位机 ，这种P L C 不仅性能 稳定可靠 ，并且抗干扰能力很强 ，易于做现场的维 护和管理 ，具有很强的使用性。它的主要功能是控 制、检测温度变化， 感受压力跃动幅度并对液位进 行监测 ，同时可以控制电动阀的状态。现场数据采 集以及控制最终要与主机就是工控机相连接，利用 T C P ／ I P 协议和无线微波网络进行数据连通，完成数 据交换 。 对于油田计量的具体工作来说，系统会根据预 先设定好的顺序进行自动地循环、计算和控制，当 然也可以人为地中断机器的工作并进行适时调整。 计量的控制主要分为自 动、指定、停止3 个过程。 一 5 8 一 油． _ ‘ 田地面工程 h t t p ／ ／ www． y q t dmg c ． c o rn 第 3 3 卷第2 期 2 0 1 4 ．0 2 仪表电气 I无线微波网络 I I R S 2 3 2 T C P ／ I P I 囡匦固 圈 囡 图 图 囡 团 图 1 P L C 计 量系统结构 自动计量就是初始化程序设定 ，在系统中输入 希望达成的数值，如单井的选择和触发的时间，一 旦液体位置达到设定的液位数值时，就进行自动的 倒阀门排液；若液体位置已经低于设定的最低限度 值时，就停止 自动排液。将此次排液过程的出油时 间和出油口径数值返回到中控机，进行数值的统计 和测算 ，最终就可 以获得当 日的油液产量。这种计 算是快速且循环的，按照油井的编号，一旦一口井 完成之后将会 自动转入下一个编号单位 。 对于产量较低的井可以进行特殊标记 ，进行特 殊计量，避免由于数值冗杂产生计算错误。 另外还可以随时停止计量，一旦工作人员利用 中控机发 出停止命令 的时候 ，一切计量过程可以被 立即终止，此时若进行设备初始化，则一切设备处 于待命状态，可以随时从头开始。 2 ． 2 具体计量算法 在这一套装置中，主要的计量算法是利用传感 器拉力数值与料斗加原油重量总值的等量换算。假 设一半的料斗在开始计量时，另一半的料斗处于空 闲状态 ，那么在前一半不断积累容量的同时，平衡 状态也在发生改变 。两个部分的料斗一旦发生翻 转 ，在 翻转的瞬 间就可 以读 出不 同感压器上 的数 值。这种测量值将会记录在中控机上，与事先确定 好的进行数值进行比较 ，排除掉料斗本身的重量 ， 剩下的就是在前一部分料斗中刚刚累积的油量。同 样 ，另一部分的算法也如此。这两部分的差值就是 一 次计量的重量。这种算法的优势在于对一些不可 避免的误差进行最大程度的回避 ，比如液体挂壁凝 结的部分重量以及气液混合部分不纯净的原油的重 量 ，都进行了最大可能的误差消除。只是在设定持 续时间之内的单次承压数值才会被相加，由此推断 出这段时间内的液油产量 ，这种叠加方式避免了重 复计算带来的误差，进一步提高了计算的精度和准 确 度 。 2 ． 3 系统技术特点 相 比老式的计量系统 ，基于P L C控制的油田自 动化计量系统有以下几个优势 首先完成了长时间 的自动计量，工作时限可达到2 4 h 以上；其次是功 能丰富 ，不再是单一 的单井计量方式或者定次计量 方式，排序计量和定时计量的诞生标志着工作方式 的丰 富 ；新增 了计 量指标 ，利用水和原油 的密度 差 ，可以计算出不 同产油地的原油含水量 ；P L C有 完善的报警机制，对于紧急停电或者机器故障、液 压过高等事故可以进行紧急报警，并将启动相应的 应急机制 ，保 障安全生产 ；最重要 的是系统设有冗 余主站，一旦现在正在运行的主站发生了系统故障 就可以马上转接冗余主站，随时保证工作流程的畅 通 。总体上看 ，新的 P L C控制技术 的加入减轻 了 以往的高强度人力劳动 ，提高了系统的 自动化性 能， 不仅提高了工作效率，还减少了发生故障的可 能性。事实证明，运用P L C 控制的自动化油田计量 系统工作稳定可靠，具有重要的推广价值。 3 结语 新时期技术的革新为整个油 田井下作业行业都 带来了新鲜的活力，对提高工作效率，降低工作成 本都具有重要的意义。如今 P L C在油田 自动化计量 系统中有着广泛的应用，不仅能够提高油田的自动 化程度 ，实现现场数据采集和实时监控 ，还能进行 数据分析 ，进行操作预判和操作决断。采用这种装 置不仅提高了作业的连续性 ，降低了工作成本，提 高了作业效率，并且比以前的传统技术更具有可持 续发展性，测量精度也进一步得到了提升，大大提 高了油田各项指标资料的准确性。 参考文献 [ 1 ] 张晓峰 ，陈勇殿 ，白友国，等．P L C在一种新型油井 自动计量 装置上的应用[ J 】 _自动化仪表 ， 2 0 0 6 ， 2 7 2 2 2 5 2 2 6 ． [ 2 ] 王顺华 ，贾 建 民．油 井气液两相 流全 自动计 量技术 [ J 1 ．沈 阳工 业 大学学报 ，2 0 1 0 ，3 2 4 4 2 3 4 2 6 ． [ 3 ] 马强．称重式油井 自控计量器研制与应用[ J 】 ．石油矿场机械 ， 2 0 1 0，3 9 2 5 2 - 5 4 ． [ 4 ] 刘红广．P L C在污水泵站自动控制系统中的应用[ J ] ．油气田地 面工程 ．2 0 1 3．3 2 1 7 2 - 7 3 ． 栏目主持关梅君 油气田地面工程 h t t p ／ ／ 、 ，w ．y q t d m g c ．c 。 m 一 5 9