SCADA系統在吐哈氣田天然氣預處理裝置中的應用

金富余 王建江

（吐哈油田丘東采油廠，新疆 鄯善 838202）

引言

吐哈油田丘東采油廠天然氣預處理裝置紅臺集氣站主要對來自周邊20多口單井天然氣進行油氣閃蒸分離，然后利用氨制冷進行制冷后預冷分離，將分離的天然氣進入三甘醇脫水系統脫水后增壓集輸至丘東天然氣處理廠。集氣站主要由DeltaV DCS系統實現對整個裝置的生產過程的監控和保護。

在單井上主要是對來自地下的天然氣進行節流，然后通過水套加熱爐進行加熱后外輸至天然氣預處理裝置。單井的井口壓力、溫度、天然氣泄漏的儀表檢測以及水套加熱爐火焰、水溫、水位檢測和外輸天然氣的緊急切斷閥的遠程關斷整個系統的實現由遠程終端裝置MOX公司的產品MOXRTU來實現。

1 系統結構

1.1 集氣站 DCS

天然氣預處理裝置紅臺集氣站選用艾默生公司的DeltaV DCS系統。DeltaV系統實現對整個裝置的生產過程的監控和保護，包括過程控制(PCS)、緊急關斷控制（ESD）、可燃氣體檢測、火氣探測（F&G）和消防控制。同時對現場12套機組設備的PLC和20套單井RUT進行數據通訊和控制；在操作站的人機界面上實現遠程停機和單井緊急切斷閥關斷。

1.2 單井 MoxRTU

各氣井的遠程終端裝置采用采用MOX公司具有模塊化結構、開放的技術設計思路的產品MOXRTU作為硬件平臺。MoxRTU的設計采用國際工業標準和目前最先進的技術。保證系統能在惡劣的環境下正常工作。產品采用目前最新的通信方式Modbus TCP/IP協議通信，信道采用自建光纖網絡，每口單井將光纜敷設RTU柜至DCS控制室，實現實時快速的有線通訊方式。

圖1 SCADA系統結構圖

單井RTU系統采用太陽能供電，由于紅臺集氣站處于古城新疆鄯善西行100余公里處的不毛的戈壁，太陽輻射強，日照時間長；采用2塊12V DC的太陽能電池板完全滿足RTU系統的供電要求。

2 SCADA系統

2.1 SCADA系統結構

預處理裝置控制站內的DCS系統有1臺工程師站、2臺操作員站和1臺WEB服務器實現過程數據Web遠程發布。在丘東生產調度室調度人員可以利用WEB瀏覽器對SCADA系統數據進行監測。SCADA系統結構圖見圖1:

2.2 PLC與DCS通訊

集氣站12套機組設備的PLC，用來獨立控制各自設備的運行。利用RS485/ModbusU協議與DeltaV-DCS系統的PSIC串口通信卡件采用2線制的RS485接線通訊，其具體參數:波特率:9600Bit/s；數據位:8Bit;停止位:1Bit;奇偶校驗:偶校驗;錯誤碼檢測:無。

采用深圳市天地華杰科技有限公司的TD-1204/RS-485集線器。每個端口都獨立具有光隔、短路、開路保護功能。在系統單個通訊回路發生故障的時候，內置的控制器能夠及時的切斷有故障的端口，使RS485集線器保證每一端口都起到獨立工作，達到互不干擾的效果。

2.3 MoxRTU與DCS通訊

遠程終端MOXRTU采用通信方式為Modbus TCP/IP協議通信，在DCS系統配置中選用了VIM-Modbsu TCP/IP虛擬網關，虛擬8個串口，32個網址；虛擬模塊網關使用Modbus TCP/IP和Ethernet IP協議實現DeltaV控制系統與開放式以太網絡和設備之間的通信。DeltaV控制器可以通過以太網絡從RTU等設備中讀取和寫入信號。虛擬模塊網關由硬件、固件兩部分組成:硬件 -MIM-4207:虛擬IO模塊卡件；固件 -IOD-4101:Modbus TCP驅動程序或IOD-4102:EthernetIP驅動程序。

每套DeltaV控制器至多可以安裝兩套虛擬模塊網關組件，每套虛擬模塊網關組件包括一塊兩槽系統底板、一塊系統電源卡件、一塊虛擬模塊網關卡件。虛擬模塊網關必須安裝在DeltaV控制器的左側。虛擬模塊網關通信網絡（VIMNet）必須與DeltaV控制網絡相互隔離，以保證DeltaV控制系統的安全。

虛擬模塊網關仿真占用DeltaV控制系統最后一塊IO底板，即占用IO卡號57-64。若為簡單模式，每塊虛擬模塊網關占用IO卡號57-60或61-64。若為冗余模式，則冗余占用IO 卡號57/58、59/60、61/62和 63/64。

VIMNet網絡上所有的節點設備IP地址都需設置在同一網段上，使用同一的子網屏蔽碼。

根據工程實際使用VIMNet組態軟件對虛擬模塊網關進行一系列的設置。首先對虛擬模塊網關的IP地址、子網屏蔽碼、仿真的IO卡號及冗余進行設置，再對仿真的串口進行設置，IP地址RTU系統為設備的具體IP地址；Port號-RTU系統為502，通信協議-RTU系統為RTU，設置完成后進行保存和下載。

2.4 系統功能

2.4.1 氣田各井站數據的采集、監控和工藝流程的動態顯示。

2.4.2 在線完成溫度、壓力、流量、液位、PID調節等參數及給定值的設定。

2.4.3 采用AGA8天然氣流量計算。

2.4.4 提供完善的報警管理、事件記錄、趨勢圖顯示等功能。

2.4.5 具有多級用戶管理功能，將用戶的權限劃分為操作員、系統工程師、工藝工程師三級。

2.4.6 具有調度遠程能監控管理功能。

2.4.7 工藝流程和報警信息提示漢化。

3 結束語

紅臺集氣站SCADA系統實現了計算機及自動控制技術管理氣田，中控室操作人員能夠遠程監控和控制，生產調度人員能夠通過WEB瀏覽實現數據遠程監控；保證氣田生產安全、可靠、平穩、經濟地運行。

[1]SH3063-1999，石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范

[2]HG/T 20511-2000，信號報警，安全聯鎖系統設計規定

[3]劉偉.基于Intranet油田生產管控一體化系統[J].電氣自動化，2004.

[4]陸德民.石油化工自動控制設計手冊[S].第3版,化學工業出版社，1993.