RTU控制系統(tǒng)在克拉2氣田井口上的應(yīng)用

王輝 張予杰 黨文杰 龍澤江 馬建新

（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

RTU控制系統(tǒng)在克拉2氣田井口上的應(yīng)用

王輝 張予杰 黨文杰 龍澤江 馬建新

（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

RTU是SCADA系統(tǒng)的重要組成部分，能夠在惡劣的環(huán)境中完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測以及與第三方設(shè)備進行實時通信等功能。本文闡述了RTU控制系統(tǒng)在克拉2氣田的應(yīng)用，介紹了硬件結(jié)構(gòu)軟件組成、配置情況、通訊方式。目前該系統(tǒng)應(yīng)用良好

RTU；高壓氣田；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

中國石油塔里木油田公司克拉2氣田位于新疆拜城縣境內(nèi)，氣田東西長約19公里，南北寬約3公里，氣藏含氣面積48.1平方公里，天然氣儲量為2840.86億立方米，是目前我國天然氣儲量最大、品質(zhì)最好、產(chǎn)能最高的特大型整裝氣田，是西氣東輸主力氣源地。

克拉2氣田目前共有生產(chǎn)井17口，屬于典型的“三高”氣井，分別通過東西兩條干線，輸送至氣田中部的中央處理廠。大部分單井采用MSP/DRILEX美國鉆采系統(tǒng)公司的單井集成液控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與控制使用了Bristol Babcock公司的RTU系統(tǒng)。

1 RTU控制系統(tǒng)簡介

RTU控制系統(tǒng)通信距離較長、設(shè)計簡單、可靠和便于擴展，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)[1]，克拉2氣田單井上所使用的自控系統(tǒng)程序根據(jù)單井上是否設(shè)有FSC系統(tǒng)而略有不同，KL2氣田前期建設(shè)的井口的自控系統(tǒng)包括三部分：RTU、FSC、通訊系統(tǒng)。RTU采集井口數(shù)據(jù)（油壓套壓等），并上傳至中控室；FSC采集二級節(jié)流后兩個壓力（PT-03、PT-05）數(shù)據(jù)，然后通過邏輯判斷執(zhí)行超壓、低壓或者壓降速率關(guān)井指令，并可接收來自中控室操作員的手動關(guān)井指令，關(guān)井動作由液控系統(tǒng)執(zhí)行；所有數(shù)據(jù)可顯示在觸摸屏上，便于現(xiàn)場操作工操作，通訊系統(tǒng)使用中興S200，可將RTU、FSC的通訊數(shù)據(jù)由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳輸?shù)街锌厥?。無FSC系統(tǒng)的井口，二級節(jié)流后兩個壓力（PT-03、PT-05）由RTU采集，整個氣田網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是是由17口采油氣井分別形成東西干線兩個環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可雙向傳送，網(wǎng)絡(luò)存在一個斷點時仍能傳送數(shù)據(jù)至主控室，提高了安全性。

1.1 液壓系統(tǒng)[2]

液控制系統(tǒng)主要功能有：

⑴380VAC 3HP電機驅(qū)動一個額定工作壓力為6,000 PSI的低壓液壓泵，為翼閥執(zhí)行器、主閥執(zhí)行器、液動節(jié)流閥提供驅(qū)動壓力；

⑵380VAC 7.5HP電機驅(qū)動一個額定工作壓力為15,000 PSI的高壓液壓泵，為井下安全閥提供驅(qū)動壓力；

⑶具有先導(dǎo)邏輯控制回路：通過調(diào)壓閥將系統(tǒng)壓力從6, 000 PSI減壓到80PSI，實現(xiàn)緊急關(guān)井。至于何時提供控制動力、為哪個安全閥提供控制動力則由RTU的邏輯程序決定，RTU控制電磁閥的繼電器得電失電，從而去控制液控柜里的油路，使得閥門開關(guān)。

1.2 RTU控制邏輯

高壓關(guān)井的設(shè)定值是13.5MPa，低壓關(guān)井的設(shè)定值是11.8MPa，壓降速率設(shè)定值是0.2MPa/min，壓降速率持續(xù)時間設(shè)定值是120s。

2 系統(tǒng)的功能

井口RTU的主要控制功能如下：

（1）完成數(shù)據(jù)的采集及控制：采集現(xiàn)場信號（包括溫度、壓力等）并傳至主控室和觸摸屏上，以實現(xiàn)遠程與就地控制

（2）顯示：在觸摸屏和主控室上顯示集輸站場運行流程圖、運行數(shù)據(jù)、各閥門狀態(tài)、計量數(shù)據(jù)以及第三方設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)

（3）聯(lián)鎖控制接收處理廠控制中心的ESD信號時關(guān)閉相應(yīng)單井。

3 系統(tǒng)硬件與軟件的組成

3.1 系統(tǒng)硬件

克拉2井場RTU采用冗余結(jié)構(gòu)，RTU采用的是ControlWaveRED冗余控制器ControlwaveRED控制器，32位100MHzCPU，16MB內(nèi)存，擁有有三個10M/100M網(wǎng)絡(luò)接口、2個RS232通信口、2個RS485通信口，支持Modbus、TCP/IP、OPC等通訊協(xié)議方便連接第三方智能設(shè)備，冗余系統(tǒng)有很高的可靠性和可操作性，一個CPU在線，同時另一個CPU完成數(shù)據(jù)的熱備份。

3.2 系統(tǒng)軟件

3.2.1 系統(tǒng)軟件介紹[3]

系統(tǒng)組態(tài)軟件采用OpenBSI軟件工具包組軟件Control Wave Designer等

BB RTU的組態(tài)軟件Control Wave Dsigner基于Windows環(huán)境，有SFC、FBD、LD、ST、IL五種標準編程語言，軟件內(nèi)嵌200多個軟件模塊,，如AGA3、AGA5、AGA7、AGA8、PID等算法，并專為石油天然氣的過程計量及控制應(yīng)用集成了ACCOL III功能塊庫。

3.2.2 與第三方設(shè)備的通訊

現(xiàn)場液控柜內(nèi)具有通訊能力的SCADA PACK控制模塊通過BELDEN 9842鎧裝通訊電纜（RS232的通訊方式）與TSR（TERMINAL SERVER）連接，TSR把串口的協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議后與RTU進行通訊?，F(xiàn)場觸摸屏是通過網(wǎng)線與RTU通訊的。下面對實現(xiàn)過程予以介紹。

（1）與現(xiàn)場液控柜的通訊

以液控柜的上傳點一級可調(diào)油嘴開度ZI10501為例說明，該點的地址液控柜存儲地址是1

點ZI10501在組態(tài)軟件Control Wave Designer中的組態(tài)見圖3所示其中在組態(tài)模塊中的定義、模式、通訊端口、數(shù)據(jù)類型、function、數(shù)據(jù)個數(shù)、列表號、數(shù)組號、數(shù)據(jù)類型依次分別定義為作主（即MODBUS）、2、101、1、4、1、8、1、0、3（16bit整型）。

（2）與現(xiàn)場觸摸屏的通訊

與現(xiàn)場觸摸屏的通訊和與液控柜在RTU中的組態(tài)方式類似，但是與現(xiàn)場觸摸屏通訊時作從（即MODBUS SLAVE）。

4 結(jié)語

自投用以來，系統(tǒng)長時間不間斷運行，性能穩(wěn)定可靠，解決了現(xiàn)場關(guān)閉所有的單井耗時較長太長和在井口采集的數(shù)據(jù)無法發(fā)送到主控室的問題，減少了操作工的工作量，實現(xiàn)了無人值守。其在應(yīng)用過程中也存在一些缺陷，如：硬件檢測無法在觸摸屏上顯示，若硬件出現(xiàn)問題不能及時發(fā)現(xiàn)；觸摸屏只連接了主控制器，而未連接冗余控制器，若控制器切換則觸摸屏不能顯示數(shù)據(jù)；組態(tài)時，硬點不能通過識別名稱組態(tài)。

[1]Forouzan B A著，王嘉禎，韓國棟，彭德云，等譯．數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2005:229～244．

[2]劉延俊．液壓與氣壓傳動［M］．北京:機械工業(yè)出版.社，2002:100～121．

[3]齊友.RTU在天然氣集輸站場中的應(yīng)用[J].重慶科技學院學報(自然科學版)，2011,01:19-21+39.

王輝（1991-），男，湖南衡陽人，助理工程師，主要從事工藝自動化相關(guān)工作。