DCS系統(tǒng)在機井控制中的應用

趙先甲　姜宇

摘?要：針對地下水水廠深井潛水機井泵站分布廣且地處偏遠的特點，為實現(xiàn)中央控制室對下屬的機井泵站的集中遠程控制，從而實現(xiàn)偏遠地區(qū)的地下水水廠的無人值守。對其DCS系統(tǒng)進行升級改造，發(fā)揮DCS功能，提高機井監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠性。

關(guān)鍵詞：DCS;單井;光纜;控制站

1 緒論

新疆克拉瑪依市獨山子區(qū)地處天山北麓，準噶爾盆地西南邊緣，是一座石化工業(yè)小鎮(zhèn)。獨山子有2座地下水水廠，分別位于獨山子市區(qū)東南15公里處和獨山子以東40公里處，地處偏遠。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)和光纜等設備設施，建立一套基于DCS的機井控制系統(tǒng)，同時對潛水機井的操作和監(jiān)控提出了如下要求：（1）操作必須遠離現(xiàn)場，實現(xiàn)遙控自動操作。（2）系統(tǒng)可靠性高，確保機井參數(shù)實時監(jiān)控，出現(xiàn)問題能及時報警，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)，基于無線電臺通訊實現(xiàn)各單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時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通訊極不穩(wěn)定，2006年建成后一直存在信號丟失，監(jiān)控顯示數(shù)據(jù)滯后，加上使用年限長，設備元器件老化嚴重，已無法實現(xiàn)遠程控制。由于這2座地下水供水水廠地處偏遠，前期的自控系統(tǒng)因技術(shù)或設備等原因已喪失功能，加上整個供水企業(yè)人員結(jié)構(gòu)和力量不足，為減少后期人員投入，對現(xiàn)有的自動控制系統(tǒng)更新升級，實現(xiàn)各水廠的數(shù)據(jù)實時采集和傳輸、異地集中遠控。

3 DCS改造方案

（1）實現(xiàn)功能。單井運行參數(shù)的實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)異常報警。單井遠程啟停控制、單井現(xiàn)場啟停控制、單井正常啟停程序控制、單井故障狀態(tài)下的保護控制。

（2）水廠單井規(guī)模。需要將單井機泵的3相電壓、3相電流、單井的啟停控制及運行狀態(tài)、井口流量、井口2臺電動閥的遠程遙控（開關(guān)信號及位置反饋）、機泵房和配電室溫度信號（低溫投運采暖、高溫投運風機）接入。根據(jù)上述功能要求及現(xiàn)場使用的實際條件，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)場控制室設置3臺站控（FCS）控制器處理本站內(nèi)的電動閥門、流量、壓力信號的采集，第一地下水廠控制區(qū)域內(nèi)有33口井，在每個井口設置一個FCS遠程節(jié)點單元負責采集本井口的數(shù)據(jù)信號，遠程節(jié)點單元通過光纜與第一地下水廠現(xiàn)場控制室站控（FCS）連接，光纖采用星型結(jié)構(gòu)敷設。第一地下水廠現(xiàn)場控制室內(nèi)的一臺工程師站和一臺操作員站與站控（FCS）通過二層交換機連接，從二層交換機通過光纜與水調(diào)中心控制室的二層交換機連接。

在第二地下水廠現(xiàn)場控制室設置3臺站控（FCS）控制器處理本站內(nèi)的電動閥門、流量、壓力信號的采集，第二地下水廠控制區(qū)域內(nèi)有25口井，在每個單井設置一個FCS遠程節(jié)點單元負責采集本井口的數(shù)據(jù)信號，有2個長輸管線站，在每個長輸管線站設置一個FCS遠程節(jié)點負責本泵站的數(shù)據(jù)信號，遠程節(jié)點單元通過光纜與第二地下水廠現(xiàn)場控制室站控（FCS）連接。第二地下水廠現(xiàn)場控制室內(nèi)的一臺工程師站和一臺操作員站與站控（FCS）通過二層交換機連接，從二層交換機通過光纜與水調(diào)中心控制室的二層交換機連接。

在水調(diào)中心控制室設置一臺站控（FCS）控制器處理二級泵站6臺離心泵數(shù)據(jù)，水調(diào)中心控制室內(nèi)的一臺工程師站和一臺操作員站與站控（FCS）通過二層交換機連接，從二層交換機通過光纜與所有現(xiàn)場控制室的二層交換機連接。

（4）主要應用情況。①權(quán)限設置。分為三個等級，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)限設置用戶名和密碼。使用各自的用戶名登錄后，才可進行已開放權(quán)限下的操作，并逐條記錄。可以避免未掌握人員誤操作，也實現(xiàn)遠程操作的可追蹤性。

②單井狀態(tài)檢測。設置分布式監(jiān)控平臺，具備對各設備的控制功能。操作人員在圖形和操作菜單界面上進行監(jiān)控工作，利用計算機在線對現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)進行檢測。對出現(xiàn)單井狀態(tài)檢測異常，顯示由綠轉(zhuǎn)紅，并發(fā)出報警信號。

③報警設置。對檢測出的報警信號，彈出對話確認框，必需由班長權(quán)限人員進行確認，報警才能解除。同時對所有的操作指令設置人機交互界面，實現(xiàn)所有操作執(zhí)行后的命名反饋彈窗，確保各項操作指令執(zhí)行到位。

④對出現(xiàn)信號中斷，原系統(tǒng)設定將保持最后一次正常傳輸?shù)闹担敵鲂盘枌@示“###”，對信號中斷后的異常數(shù)據(jù)，發(fā)出彈窗報警和聲音報警，數(shù)據(jù)顯示為“？？？”，方便監(jiān)盤人員做出判斷。

⑤對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，對單井的啟停采用順序控制。

4 結(jié)語

DCS系統(tǒng)應用于地下水水廠的單井控制后，一次性試車成功，實現(xiàn)了偏遠水廠單井的遠程異地控制，為后期無人值守做好了準備。

參考文獻：

[1]李強.基于PLC和觸摸屏的機井控制系統(tǒng)設計[J].電工技術(shù)，2018.