rtu控制系統(tǒng)在油田應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)單井自動(dòng)化及智能排采, 以目前國際通用、 易于構(gòu)成現(xiàn)場自動(dòng)化控制的可編程控制器 PLC 為核 心, 配備高可靠性的輸入輸出模塊、 電量采集模塊及 GPRS 模塊, 研制了油田 RTU 控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)采用大容量存 儲(chǔ)、 低能耗、 無線測試、 數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù), 適應(yīng)野外惡劣的工作環(huán)境, 性能穩(wěn)定、 安全可靠、 使用方便, 具有防雨、 防沙、 防盜功能。 通過進(jìn)行 PLC 技術(shù)在該控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究, 可以自動(dòng)調(diào)整游梁平衡度、 沖次, 實(shí)現(xiàn) 智能排采, 使抽油機(jī)、 抽油桿、 抽油泵等整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳配合, 提高系統(tǒng)效率, 大幅降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度, 推動(dòng)智 慧油田建設(shè)。

國內(nèi)煤層氣處于開采快速發(fā)展時(shí)期, 絕大多數(shù) 還是利用人工尋井方式進(jìn)行, 沒有智能排采, 為實(shí) 現(xiàn)單井自動(dòng)化, 采用智能排采是目前急需解決的問 題。 20 世紀(jì) 80 年代中期, 國外一些廠家利用其在數(shù) 據(jù)采集轉(zhuǎn)換及通信方面的優(yōu)勢, 采用單片機(jī)技術(shù)推 出了遠(yuǎn)程測控終端系統(tǒng) (RTU), 并采用 RTU 與上 位計(jì)算機(jī)構(gòu)成簡單的 SCADA 系統(tǒng)。 90 年代末, 國 內(nèi)部分石油自動(dòng)化研究所在消化吸收國外產(chǎn)品的同 時(shí), 也相繼推出了以單片機(jī)為主要形式的抽油機(jī)專 用 RTU。 但 RTU 內(nèi)的單片機(jī)主板一直未能形成工 業(yè)化批量生產(chǎn)。 現(xiàn)場應(yīng)用時(shí), 經(jīng)常出現(xiàn) RTU 故障, 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確、 及時(shí)、 可靠的傳輸, 現(xiàn)場維護(hù) 維修工作量大。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來, 隨著油田自動(dòng) 化水平的不斷提高和普及, 在油田 SCADA 系統(tǒng)中, 一個(gè)傳輸及時(shí)性能可靠運(yùn)行穩(wěn)定的 RTU 必不可少。 為此利用目前國際通用易于構(gòu)成現(xiàn)場自動(dòng)化控 制的可編程控制器 PLC 為核心, 替代 RTU 內(nèi)的單片 機(jī)數(shù)據(jù)采集主板, 進(jìn)行 PLC 技術(shù)在油田 RTU 控制系 統(tǒng)中的應(yīng)用研究。 再配備高精度的電量采集模塊及 具有多路模擬量輸入輸出模塊, 采用 GPRS 無線通 信方式, 實(shí)現(xiàn)具有高性能、 高可靠性的傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程測控站 RTU。 可形成工業(yè)化批量生產(chǎn)、 通 用性強(qiáng)、 可靠性高、 性能穩(wěn)定、 數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)準(zhǔn)確 的 RTU。 保證無故障安全運(yùn)行大于 5a, 使用壽命大 于 20a, 以利于市場規(guī)范化管理。

現(xiàn)場試驗(yàn)及應(yīng)用情況

1.1現(xiàn)場試驗(yàn)

1.1.1試驗(yàn)方法

通過載荷傳感器與角位移傳感器將抽油機(jī)實(shí)際 數(shù)據(jù)采集至可編程 PLC, 并將歷史數(shù)據(jù)上傳至上位 機(jī)生成示功圖。 首先, 將角位移傳感器固定在抽油 機(jī)油梁上, 保證傳感器的頂部與油梁在同一水平線 上, 二者保持平行。 其次, 載荷傳感器的安裝需要 鋼板、 角鐵、 鋼纜、 固定鋼卡等, 鋼纜用于傳輸信 號, 鋼板、 角鐵、 固定卡用于固定鋼纜用。

1.1.2 試驗(yàn)步驟

(1) 傳感器信號測試: 由開關(guān)電源分別為角位 移傳感器提供+12V 電源, 為載荷傳感器提供+5V 電 源, 用萬用表測得載荷傳感器輸出值在 0. 8 ~ 1. 5V 范圍內(nèi), 角位移傳感器輸出值在 6~15mA 范圍內(nèi)。

(2) 將載荷傳感器信號線、 角位移傳感器信號 線分別接至 S7-200PLC 模擬輸入模塊。

(3)上位機(jī)為筆記本電腦兩臺。 一臺用于軟件 編程及控制, 使用 CP5512 卡、 適配器及 PROFIBUS- DP 通信線與 S7-200PLC 連接 (PROFIBUS-DP 通信 線協(xié)議); 另一臺用于示功圖的實(shí)時(shí)監(jiān)控, 使用 PPI 通信線與 S7-200PLC 連接 (PPI 通信協(xié)議)。

(4) 編制載荷及位移信號采集程序, 修改調(diào)試 并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

(5) 歷史數(shù)據(jù)顯示。

1.1. 3 試驗(yàn)結(jié)果

通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn), 驗(yàn)證了遠(yuǎn)程終端 RTU 控制系統(tǒng) 的程序編制、 操作畫面、 完成的功能完全滿足用戶 要求和現(xiàn)場工藝工況。 同時(shí)軟件程序編制成熟后, 可以直接對多臺設(shè)備進(jìn)行下載, 縮短調(diào)試時(shí)間和調(diào) 試費(fèi)用。

1.2 開發(fā)應(yīng)用情況

RTU 控制系統(tǒng)已在山西煤層氣樊莊、 程莊投運(yùn) 近 400 臺套, 無故障運(yùn)行已達(dá) 500 多天。 數(shù)據(jù)采集 傳輸及時(shí)、 準(zhǔn)確、 可靠, 深受用戶好評。 目前正在 為鄭莊煤層氣近期開發(fā)作準(zhǔn)備, 預(yù)計(jì)將投入 300 臺 套 RTU。

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