DCS系統(tǒng)在機(jī)井控制中的應(yīng)用

趙先甲　姜宇

摘?要：針對(duì)地下水水廠深井潛水機(jī)井泵站分布廣且地處偏遠(yuǎn)的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)中央控制室對(duì)下屬的機(jī)井泵站的集中遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水水廠的無人值守。對(duì)其DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，發(fā)揮DCS功能，提高機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：DCS;單井;光纜;控制站

1 緒論

新疆克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū)地處天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地西南邊緣，是一座石化工業(yè)小鎮(zhèn)。獨(dú)山子有2座地下水水廠，分別位于獨(dú)山子市區(qū)東南15公里處和獨(dú)山子以東40公里處，地處偏遠(yuǎn)。這2座水廠的原水經(jīng)過潛水泵提升至站內(nèi)蓄水池，因水質(zhì)合格，后直接通過管道采用重力自流方式供水。本文以原有供水條件為基礎(chǔ)，利用傳感器、DCS系統(tǒng)和光纜等設(shè)備設(shè)施，建立一套基于DCS的機(jī)井控制系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)潛水機(jī)井的操作和監(jiān)控提出了如下要求：（1）操作必須遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)操作。（2）系統(tǒng)可靠性高，確保機(jī)井參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題能及時(shí)報(bào)警，方便反饋和處理。

2 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀

原自控系統(tǒng)使用的是北京某公司的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，基于無線電臺(tái)通訊實(shí)現(xiàn)各單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集至水廠管理站并上傳至水調(diào)中心。但因采用的無線電臺(tái)通訊極不穩(wěn)定，2006年建成后一直存在信號(hào)丟失，監(jiān)控顯示數(shù)據(jù)滯后，加上使用年限長，設(shè)備元器件老化嚴(yán)重，已無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。由于這2座地下水供水水廠地處偏遠(yuǎn)，前期的自控系統(tǒng)因技術(shù)或設(shè)備等原因已喪失功能，加上整個(gè)供水企業(yè)人員結(jié)構(gòu)和力量不足，為減少后期人員投入，對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)控制系統(tǒng)更新升級(jí)，實(shí)現(xiàn)各水廠的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和傳輸、異地集中遠(yuǎn)控。

3 DCS改造方案

（1）實(shí)現(xiàn)功能。單井運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)異常報(bào)警。單井遠(yuǎn)程啟?？刂?、單井現(xiàn)場(chǎng)啟?？刂?、單井正常啟停程序控制、單井故障狀態(tài)下的保護(hù)控制。

（2）水廠單井規(guī)模。需要將單井機(jī)泵的3相電壓、3相電流、單井的啟?？刂萍斑\(yùn)行狀態(tài)、井口流量、井口2臺(tái)電動(dòng)閥的遠(yuǎn)程遙控（開關(guān)信號(hào)及位置反饋）、機(jī)泵房和配電室溫度信號(hào)（低溫投運(yùn)采暖、高溫投運(yùn)風(fēng)機(jī)）接入。根據(jù)上述功能要求及現(xiàn)場(chǎng)使用的實(shí)際條件，選用的單井監(jiān)控控制器必須具備以下功能：10路4—20mA輸入;4路DI輸入;8路DO輸出;采用帶光口的TCP/IP通信協(xié)議;具備遠(yuǎn)程診斷功能;夏季高溫耐溫60攝氏度。

（3）DCS系統(tǒng)選型及結(jié)構(gòu)。選用橫河DCS系統(tǒng)，采用Centum VP的系統(tǒng)組態(tài)。為保證系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性，我們選用的通信方式為工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式，物理層采用有線光纖;可以實(shí)現(xiàn)高性能、高穩(wěn)定性地為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換。

在第一地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室設(shè)置3臺(tái)站控（FCS）控制器處理本站內(nèi)的電動(dòng)閥門、流量、壓力信號(hào)的采集，第一地下水廠控制區(qū)域內(nèi)有33口井，在每個(gè)井口設(shè)置一個(gè)FCS遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)采集本井口的數(shù)據(jù)信號(hào)，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)單元通過光纜與第一地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室站控（FCS）連接，光纖采用星型結(jié)構(gòu)敷設(shè)。第一地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)的一臺(tái)工程師站和一臺(tái)操作員站與站控（FCS）通過二層交換機(jī)連接，從二層交換機(jī)通過光纜與水調(diào)中心控制室的二層交換機(jī)連接。

在第二地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室設(shè)置3臺(tái)站控（FCS）控制器處理本站內(nèi)的電動(dòng)閥門、流量、壓力信號(hào)的采集，第二地下水廠控制區(qū)域內(nèi)有25口井，在每個(gè)單井設(shè)置一個(gè)FCS遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)采集本井口的數(shù)據(jù)信號(hào)，有2個(gè)長輸管線站，在每個(gè)長輸管線站設(shè)置一個(gè)FCS遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)本泵站的數(shù)據(jù)信號(hào)，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)單元通過光纜與第二地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室站控（FCS）連接。第二地下水廠現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)的一臺(tái)工程師站和一臺(tái)操作員站與站控（FCS）通過二層交換機(jī)連接，從二層交換機(jī)通過光纜與水調(diào)中心控制室的二層交換機(jī)連接。

在水調(diào)中心控制室設(shè)置一臺(tái)站控（FCS）控制器處理二級(jí)泵站6臺(tái)離心泵數(shù)據(jù)，水調(diào)中心控制室內(nèi)的一臺(tái)工程師站和一臺(tái)操作員站與站控（FCS）通過二層交換機(jī)連接，從二層交換機(jī)通過光纜與所有現(xiàn)場(chǎng)控制室的二層交換機(jī)連接。

（4）主要應(yīng)用情況。①權(quán)限設(shè)置。分為三個(gè)等級(jí)，操作員權(quán)限、班長權(quán)限和工程師權(quán)限。根據(jù)不同用戶權(quán)限設(shè)置用戶名和密碼。使用各自的用戶名登錄后，才可進(jìn)行已開放權(quán)限下的操作，并逐條記錄?？梢员苊馕凑莆杖藛T誤操作，也實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的可追蹤性。

②單井狀態(tài)檢測(cè)。設(shè)置分布式監(jiān)控平臺(tái)，具備對(duì)各設(shè)備的控制功能。操作人員在圖形和操作菜單界面上進(jìn)行監(jiān)控工作，利用計(jì)算機(jī)在線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)出現(xiàn)單井狀態(tài)檢測(cè)異常，顯示由綠轉(zhuǎn)紅，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

③報(bào)警設(shè)置。對(duì)檢測(cè)出的報(bào)警信號(hào)，彈出對(duì)話確認(rèn)框，必需由班長權(quán)限人員進(jìn)行確認(rèn)，報(bào)警才能解除。同時(shí)對(duì)所有的操作指令設(shè)置人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)所有操作執(zhí)行后的命名反饋彈窗，確保各項(xiàng)操作指令執(zhí)行到位。

④對(duì)出現(xiàn)信號(hào)中斷，原系統(tǒng)設(shè)定將保持最后一次正常傳輸?shù)闹?，輸出信?hào)將顯示“###”，對(duì)信號(hào)中斷后的異常數(shù)據(jù)，發(fā)出彈窗報(bào)警和聲音報(bào)警，數(shù)據(jù)顯示為“？？？”，方便監(jiān)盤人員做出判斷。

⑤對(duì)單井的啟停采用順序控制。水源地單井工藝相同，為方便操作統(tǒng)一和快速，對(duì)單井的啟停采用順序控制。

4 結(jié)語

DCS系統(tǒng)應(yīng)用于地下水水廠的單井控制后，一次性試車成功，實(shí)現(xiàn)了偏遠(yuǎn)水廠單井的遠(yuǎn)程異地控制，為后期無人值守做好了準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]李強(qiáng).基于PLC和觸摸屏的機(jī)井控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2018.