浙大中自SunyPLC250可编成逻辑控制器在油田计量站中的应用

1．概述
计量站是油田的重要组成部分，每个计量站都担负着多口油井的生产计量任务。通过计量站对油井生产情况的计量，可及时、准确地了解每口油井的工作情况，同时为油田地质部门提供油藏工程资料。但是，目前我国很多油田的计量站仍然采用人工计量方式，劳动强度大，效率低，且人工计量次数少、时间短，计量结果代表性差。
为了实现计量的自动化，提高计量的效率和准确度，越来越多的PLC和HMI（人机界面）被应用在了计量站自动控制系统中。其中PLC安装在计量站，用于实现每天的自动计量与计量数据的传输；而HMI可放置在计量站，直接接收PLC的数据，进行实时显示，并自动记录生成相关报表，并将信息传送至厂区总控室等；也可由PLC的直接通过无线传输将计量相关信息数据送厂区总控室，在总控室的HMI上进行实时监控，实现无人值守。
通过浙大中自公司工程技术人员的实践，已成功地将SunyPLC250和SunyTech工业控制应用软件（HMI）成功的应用在了油田的计量站控制中。下面某一计量站为例，说明计量站自动控制系统的实现。

2．工艺流程

该计量站通过分离器可实现11口油井的计量工作。当某口油井需要计量时，将其对应的三通阀切到计量位，油井向分离器中进液，根据分离器中液位由计量下限上升到计量上限所需的时间，可换算出该井的产液量，再根据该井的油样化验，最终得出其日产油量。依次通过导阀，分离器进液和排液，可实现对每口油井的计量。

3．系统构成
3.1 产品简介
SunyPLC250是浙大中自公司推出的一种模块式结构的中小型PLC，具有结构灵活、维护简单、性价比高的特点。产品采用32位嵌入式处理器，逻辑指令执行时间可达0.50us/步。
SunyPLC250由各种功能模块（CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、电源模块等）及底板、个人计算机、编程软件SunyTech工业控制应用软件、通信电缆和人机界面构成。
SunyTech工业控制应用软件是浙大中自公司推出的DCS系统组态软件，亦可单独作为HMI软件使用。

3.2 系统结构
计量站控制系统主要由SunyPLC250可编程逻辑控制器，SunyTech工业控制应用软件（上位机运行），传感器（液位、温度、压力）以及执行器（电动三通阀、电动球阀）组成。如下图所示：


温度传感器安装于单井来液管上，用于实时监测来液温度；液位传感器安装于分离器，用于测量计量液位，判断计量所处阶段；压力传感器安装于分离器，测量分离器内的压力。电动三通阀安装于来液管道上，根据SunyPLC250的输出控制产生相应动作，从而控制单井处于计量态还是生产态。
SunyPLC250可编程逻辑控制器是整个计量站自动控制系统的核心，它按照程序设定，每天定时进行自动计量，依次将每口单井三通阀切换到计量位，待计量完成后再将其切换到生产位。被计量的单井根据其在分离器中进液时，由计量下限到计量上限所需要的时间换算出该井的日产量。同时，SunyPLC250通过SNET网络，以ModbusRTU协议将采集到的温度、液位、压力信号，和计量结果送到上位机。上位机通过SunyTech软件实时显示、记录测量值，并在信号不正常时发出声光报警，提醒值班人员注意，并可根据需要定时打印生产报表。

3.3 系统配置
SunyPLC250为模块式结构，根据系统设计，该计量站自控系统得I/O点数为AI：13、DI：13、DO：26，系统配置如下：



4．控制方案
计量站自动计量控制主要完成以下功能：
每天定时单井按顺序进行自动计量，上位机可干预设置哪口井不参与计量，且单井停井时，计量必需跳过此井计量下一口井。
上位机可人工单独指定某口井进行计量。
单井计量完成时，自动打开分离器排液阀进行排液，并根据排液情况，关闭分离器气出口阀。
与一般的PLC编程软件不同，SunyPLC250编程软件提供了符合IEC61131-3标准的FBD、LD、SFC、IL和ST五种编程语言，编程者可根据编程需要选用任意一种或几种编程语言来实现。

4.1 自动计量
每天上午8：00点（时间可以由操作人员上位机更改）根据默认井位自动从第一口可计量井开始计量，计量井号由上位机给定。PLC将自动根据预先设定好的顺序进行倒阀、计量、排液操作。计量过程中,30分钟未长1公分(可由操作人员更改)的井（认为该井停产）将被跳过,继续计量下一口井。
操作步骤为：将要计量的井对应的三通阀切至计量位，当分离器液位达到计量下限时开始计时，到达计量上限时，记下计量时间；自动打开排液阀，关闭分离器气出口阀，开始排液；并将该井三通阀切至生产位；当液位排至低液位时，再打开气出口阀，关闭排液阀，并将所需计量的下一口井对应的三通阀切至计量位，进入下一口井的计量。
该程序采用LD语言组态，如下图所示：


4.2 指定计量
单井的指定计量由上位机控制，操作员发出指定计量的单井井号。
单井计量应选择自动计量完成后，操作员在计量控制表中点击所需计量井按钮，确认后上位机发出指令，SunyPLC250自动将自动对该井进行计量。计量时，先将其三通阀切换至计量位，向分离器进液，当液位到达计量下限时开始计时，当液位进一步上涨，到达计量上限时，记下计量时间，然后打开排液阀，关闭分离器气出口阀，开始排液，将三通阀切换至生产位计量完成。
单井指定计量流程图如图所示。



5．操作管理（HMI）
上位机的操作管理主要是通过SunyTech工业控制应用软件实现人机界面功能。通过对计量站工况的监控，操作员可监视自动计量的全过程，并控制哪口井参与自动计量，以及指定某口单井进行指定计量。HMI画面包括计量站总貌、自动计量选择、单井计量指定等画面。计量站总貌画面用于监视计量站的实时运行情况（如下图所示），自动计量画面用于选择设置参与自动计量的井号，单井计量画面用于设置要进行指定计量的单井。系统还可根据每天的计量情况生成计量站计量数据日报表。



6．结束语
SunyPLC250可编程逻辑控制器技术先进、功能丰富、运行稳定，在油田计量站的应用中，既提高了计量站现场控制的自动化水平，又保证了计量的准确可靠性，取得了良好的效果，值得在泵站、气站等类似行业中推广使用。