基于SCADA系統成品油油品界面監測方法

李朝偉

（中國石油西部管道公司，新疆鄯善 838202）

1 光學界面儀工作原理

光學界面儀在不同傳播介質的交界面上會同時發生光的反射和折射現象，而反射光及折射光的比率與構成交界面的兩種介質的相對折射率有關。正是利用了臨界角雙反射原理檢測油品輸送過程中混油段介質折射率的變化，進而實現油品界面檢測功能。

2 超聲波流量計工作原理

超聲波流量計是利用聲學原理通過對管道中流體的聲速測量從而獲得其流速值。目前原油及成品油管道多采用夾壁式超聲波流量計，以時差法為測量原理，主要由超聲波換能器、信號處理電路及流量顯示系統等3部分組成。通過速度差測量流體的流速，且時間差與介質速度成正比，介質流速越快，時差值就越大。

流量計通過對管道內輸送介質不同方向的超聲波傳播速度進行測量，并經流量計算機進行數據處理，得出管道內介質的流速和流量。且不同的輸送介質超聲波的傳播速度不一樣。

3 超聲波流量計聲速檢測油品界面功能實現

西部某成品油輸油站場進站超聲波流量計可顯示聲速信號，通過觀察汽油和柴油聲速值不一樣，采用超聲波流量計聲速作為油品界面監測信號，由于現場超聲波流量計只有一個輸出端口（4～20）mA，傳輸協議為 HART（Highway Addressable Remote Transducer，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議）。而上位機需要顯示瞬時流量、累計流量和超聲波聲速3個主變量，因此選用了AB（Allen-Bradley）公司MVI156-HART第三方通信模塊，通過該模塊可以同時采集這3個信號。

圖1 Port 0口通信配置參數

HART模塊通信配置，Port 0口做主設備，讀取10個控制字，最大讀取現場6臺設備，Port 0口通信配置如圖1所示。Pork0口配置2條命令字，讀取內部地址從400開始，命令字如圖2所示。PLC程序如圖3所示，其中，B：16：I.Data數組類型為INT，通過COP指令將數據入HART1.Auto_Poll浮點型數組中。在 B：16：I.Data[2]-B：16：I.Data[11]中存放第一條控制字讀取的主變量值，即HART1.Auto_Poll[1].PV中存放第一條控制字讀取的主變量值。

圖2 Port 0口讀寫命令參數

圖3 PLC程序

采用先進的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，監視控制與數據采集系統）技術，將現場儀表信號通過第三方模塊采入PLC（Programmable Logic Controller，可編程式邏輯控制器），并上傳至人機圖形用戶界面。該SCADA系統由AB的PLC、通信服務器、操作員工作站、打印機、交換機、路由器和不間斷電源等設備組成，主要完成站內工藝數據采集、監視、控制等功能，并向調度中心傳送實時數據，接受調度中心下達的任務。

站場MMI（Man Machine Interface，人機界面）軟件采用Telvent的OASYS，Telvent公司的OASyS SCADA是一個具有開放體系結構的系統，PLC采用AB的ControlLogix系列產品。PLC、通信服務器、操作員工作站、打印機、路由器、通過交換機連接成局域網。PLC通過路由器將數據上報調度中心，通信服務器通過局域網從PLC獲得數據，工作站從通信服務器獲得數據。當冗余機架中任一個機架上的任一模塊出現問題，都會自動切到另一個機架上，CPU（Central Processing Unit，中央處理器）繼續工作，不會影響現場I/O點的采集和控制。

4 2種監測方法的比較

通過近3個月的趨勢圖對比，以12月6日和12月8日為例，經過2個批次的油品切割聲速與密度的變化保持一致，相比于光學界面儀穩定性和準確性更高，通過調校光學界面檢測信號與密度基本保持一致，但也存在同一種油品中界面也會發生變化，有時油頭已過界面才發生變化的情況。

根據一段時間采集的數據，發現汽油密度在（755～756）kg/m3變化時，聲速在（1228～1238）m/s變化；柴油密度在（832～835）kg/m3變化時，聲速在（1390～1420）m/s變化。12月22日，采集汽油推柴油數據（表1），發現超聲波聲速與密度變化一致，靈敏性高，信號穩定，對于密度的微小變化能夠迅速反應出來，可以用于油品界面跟蹤。如果用超聲波流量計檢測油品界面，可以停用成品油密度撬座，可以徹底解決由于光學潔面儀失準而無法有效跟蹤界面的問題。不受時間天氣設備檢修的影響，實現24 h不間斷檢測。

5 結論

目前成品油輸油站場普遍采用的是光學界面儀監測油品界面信號，由于其對介質的潔凈程度要求較高，而國內成品油管道無法滿足這一要求，需要頻率很高的定期維護保養和調校，且穩定性和可靠性較差，這是所有國內管道上該設備的通病。

表1 汽油推柴油采集數據

利用超聲波流量計聲速檢測方法，不需要與介質直接接觸，超聲波波長短、衍射性能差、定向性能優良，在不同的介質中速度穩定，通過實際應用，穩定性和可靠性也較好，可以在全國范圍內推廣。對基層單位來講可以停用相應設備，降低管理難度和維護的工作量，實現一機多能。超聲波聲速監測油品界面的準確度、精度以及在不同環境溫度下的差異還需進一步研究。