基于特殊情況下的頁巖氣流量檢測

黃遠(yuǎn)翔 吳文秀 付運(yùn)金

摘? 要：該文簡單針對涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊集氣站站控系統(tǒng)I/O點(diǎn)位不足問題，提出借助第三方XB-JSY型流量積算儀實(shí)現(xiàn)分離器流量監(jiān)測的方案。運(yùn)行表面：采用該方案可有效緩解站控系統(tǒng)I/O點(diǎn)位的問題并可實(shí)現(xiàn)場站數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、操作、控制，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)統(tǒng)一調(diào)度和自動(dòng)化管理。

關(guān)鍵詞：涪陵頁巖氣? SCADA系統(tǒng)? 分離器? 力控? 流量監(jiān)控

中圖分類號：TE3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0049-02

集氣站是頁巖氣輸配系統(tǒng)中的一個(gè)單元，用于將頁巖氣進(jìn)行分離、計(jì)量、除塵后集中外輸。由于集氣站數(shù)據(jù)龐雜、環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)性高，為保障生產(chǎn)安全，場站自動(dòng)化站控系統(tǒng)成為一個(gè)重要的手段。集氣站站控系統(tǒng)是場站內(nèi)工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀況信息的集成傳輸樞紐，用于場站數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、操作、控制，并通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度控制中心，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)統(tǒng)一調(diào)度和自動(dòng)化管理。

近年來，隨著涪陵頁巖氣開發(fā)的高速發(fā)展，在集氣站附近可能需要添加新的井口或者在集氣站管理下的無人值守站增多。在早期PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中集氣站站控系統(tǒng)I/O點(diǎn)位可能設(shè)置不足，這種情況容易導(dǎo)致一些后期開發(fā)井組數(shù)據(jù)不能及時(shí)納入SCADA系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行集中監(jiān)控，集氣站人員在實(shí)時(shí)操作過程中無法直觀地監(jiān)控到一些重要數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致一些無法彌補(bǔ)的損失。針對這種情況，筆者設(shè)計(jì)了一套以力控為組態(tài)軟件的分離器流量監(jiān)測系統(tǒng)，可以在以上情況下啟用，可以對所監(jiān)控范圍內(nèi)各站點(diǎn)的分離器出口頁巖氣情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與計(jì)算計(jì)量，并通過對管道內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)如瞬時(shí)流量、累積流量、溫度、壓力、差壓等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，讓值班人員可以及時(shí)地了解到頁巖氣流量的實(shí)際情況。

1? 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖1為涪陵焦石壩區(qū)塊集氣站站控系統(tǒng)通訊流程，分離器儀表如壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器等數(shù)字或模擬信號通過Modbus TCP/IP 協(xié)議傳輸PLC控制器，并以力控軟件為基礎(chǔ)開發(fā)的上位機(jī)軟件對集氣站站內(nèi)數(shù)據(jù)與無人值守井口儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，調(diào)控中心電腦客戶端也可以借助網(wǎng)絡(luò)對力控畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在集氣站內(nèi)增加井口或者附近無人值守站增多時(shí)，將導(dǎo)致集氣站PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)不足。如圖2所示，可使用XB-JSY型流量積算儀在線測量油田頁巖氣的流量，將管道中的頁巖氣流量經(jīng)補(bǔ)償、計(jì)算自動(dòng)換算為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的頁巖氣體積流量和積算量、完善流量測量精度，并通過FS-MM485A實(shí)現(xiàn)MODBUS TCP到MODBUS RTU協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊瘹庹窘粨Q機(jī)，然后將FS-MM485A的網(wǎng)口用網(wǎng)線連接到計(jì)算機(jī)的網(wǎng)口或者用網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)口，交換機(jī)的另一網(wǎng)口連接到計(jì)算機(jī)，最后以力控軟件為基礎(chǔ)開發(fā)的上位機(jī)軟件對流量積算儀進(jìn)行監(jiān)控與管理，調(diào)控中心可以通過局域網(wǎng)查詢相關(guān)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對力控畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)。

2? 系統(tǒng)配置與實(shí)現(xiàn)方法

2.1 XB-JSY型流量積算儀的配置

XB-JSY型流量積算儀是一款主要解決在線測量油田天然氣的流量，將管道中的天然氣流量經(jīng)補(bǔ)償、計(jì)算自動(dòng)換算為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣體積流量和積算量、完善流量測量精度而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它以32位ARM微處理器為核心，配置高速A/D數(shù)據(jù)處理通道的二次儀表。

（1）程序開鎖。

（2）修改通道參數(shù)：分別將采集到的差壓、溫度、壓力、液位變送器量程與單位輸入到通道1、通道2、通道3、通道4。

（3）修改裝置參數(shù)：選擇測量裝置、管道材質(zhì)，以及節(jié)流口徑（孔板直徑），測量介質(zhì)為天然氣。

（4）設(shè)備地址設(shè)置：根據(jù)需要接入流量積算儀的個(gè)數(shù)分配地址，各個(gè)流量積算儀之間的地址不能重復(fù)。

2.2 XB-JSY型流量積算儀與上位機(jī)的連接

MODBUS是工業(yè)設(shè)備通信中使用非常廣泛的通信協(xié)議，系統(tǒng)中流量積算儀使用基于RS485/RS422/RS232串口的MODBUS-RTU通信協(xié)議，調(diào)控中心使用MODBUS TCP是基于以太網(wǎng)的通信協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心之間的通訊，可通過四星電子FS-MM485A實(shí)現(xiàn)這兩種協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換，使MODBUS TCP主站和MODBUS RTU從站無縫連接。

要用FS-MM485A模塊實(shí)現(xiàn)MODBUS TCP主站與MODBUS RTU從站的橋接，需在模塊的設(shè)置中將Protocol（協(xié)議）設(shè)置成Modbus TCP to RTU，模塊的工作模式設(shè)置成TCP Server，端口號設(shè)置成MODBUS TCP專有的端口號，這樣在主站計(jì)算機(jī)的MODBUS TCP應(yīng)用軟件中設(shè)置去連接的IP地址和端口號以及從站設(shè)備的地址，就能訪問從站MODBUS RTU設(shè)備。

在力控上修改設(shè)備配置：于I/O設(shè)備組態(tài)>設(shè)備配置>設(shè)備地址中填入與流量積算儀設(shè)備相匹配的地址，這樣才可進(jìn)行設(shè)備與力控的數(shù)據(jù)連接。

2.3 人機(jī)交換界面設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求應(yīng)用力控軟件制作HMI畫面，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。81#集氣站人機(jī)交換界面如圖3所示。

通過力控畫面實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場分離器出口瞬時(shí)流量、累積流量、溫度、壓力、差壓的實(shí)時(shí)變化情況，然后定義與組態(tài)軟件力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中變量相對應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備，通過流量積算儀采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過通信接口把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。

3? 結(jié)語

該系統(tǒng)在涪陵焦石壩區(qū)塊集氣站站控系統(tǒng)經(jīng)過1年多的運(yùn)行表明，可有效緩解站控系統(tǒng)I/O點(diǎn)位的問題并可實(shí)現(xiàn)場站數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、操作、控制，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)統(tǒng)一調(diào)度和自動(dòng)化管理。

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