SCADA系统在吐哈气田天然气预处理装置中的应用

金富余 王建江

（吐哈油田丘东采油厂，新疆 鄯善 838202）

引言

吐哈油田丘东采油厂天然气预处理装置红台集气站主要对来自周边20多口单井天然气进行油气闪蒸分离，然后利用氨制冷进行制冷后预冷分离，将分离的天然气进入三甘醇脱水系统脱水后增压集输至丘东天然气处理厂。集气站主要由DeltaV DCS系统实现对整个装置的生产过程的监控和保护。

在单井上主要是对来自地下的天然气进行节流，然后通过水套加热炉进行加热后外输至天然气预处理装置。单井的井口压力、温度、天然气泄漏的仪表检测以及水套加热炉火焰、水温、水位检测和外输天然气的紧急切断阀的远程关断整个系统的实现由远程终端装置MOX公司的产品MOXRTU来实现。

1 系统结构

1.1 集气站 DCS

天然气预处理装置红台集气站选用艾默生公司的DeltaV DCS系统。DeltaV系统实现对整个装置的生产过程的监控和保护，包括过程控制(PCS)、紧急关断控制（ESD）、可燃气体检测、火气探测（F&G）和消防控制。同时对现场12套机组设备的PLC和20套单井RUT进行数据通讯和控制；在操作站的人机界面上实现远程停机和单井紧急切断阀关断。

1.2 单井 MoxRTU

各气井的远程终端装置采用采用MOX公司具有模块化结构、开放的技术设计思路的产品MOXRTU作为硬件平台。MoxRTU的设计采用国际工业标准和目前最先进的技术。保证系统能在恶劣的环境下正常工作。产品采用目前最新的通信方式Modbus TCP/IP协议通信，信道采用自建光纤网络，每口单井将光缆敷设RTU柜至DCS控制室，实现实时快速的有线通讯方式。

图1 SCADA系统结构图

单井RTU系统采用太阳能供电，由于红台集气站处于古城新疆鄯善西行100余公里处的不毛的戈壁，太阳辐射强，日照时间长；采用2块12V DC的太阳能电池板完全满足RTU系统的供电要求。

2 SCADA系统

2.1 SCADA系统结构

预处理装置控制站内的DCS系统有1台工程师站、2台操作员站和1台WEB服务器实现过程数据Web远程发布。在丘东生产调度室调度人员可以利用WEB浏览器对SCADA系统数据进行监测。SCADA系统结构图见图1:

2.2 PLC与DCS通讯

集气站12套机组设备的PLC，用来独立控制各自设备的运行。利用RS485/ModbusU协议与DeltaV-DCS系统的PSIC串口通信卡件采用2线制的RS485接线通讯，其具体参数:波特率:9600Bit/s；数据位:8Bit;停止位:1Bit;奇偶校验:偶校验;错误码检测:无。

采用深圳市天地华杰科技有限公司的TD-1204/RS-485集线器。每个端口都独立具有光隔、短路、开路保护功能。在系统单个通讯回路发生故障的时候，内置的控制器能够及时的切断有故障的端口，使RS485集线器保证每一端口都起到独立工作，达到互不干扰的效果。

2.3 MoxRTU与DCS通讯

远程终端MOXRTU采用通信方式为Modbus TCP/IP协议通信，在DCS系统配置中选用了VIM-Modbsu TCP/IP虚拟网关，虚拟8个串口，32个网址；虚拟模块网关使用Modbus TCP/IP和Ethernet IP协议实现DeltaV控制系统与开放式以太网络和设备之间的通信。DeltaV控制器可以通过以太网络从RTU等设备中读取和写入信号。虚拟模块网关由硬件、固件两部分组成:硬件 -MIM-4207:虚拟IO模块卡件；固件 -IOD-4101:Modbus TCP驱动程序或IOD-4102:EthernetIP驱动程序。

每套DeltaV控制器至多可以安装两套虚拟模块网关组件，每套虚拟模块网关组件包括一块两槽系统底板、一块系统电源卡件、一块虚拟模块网关卡件。虚拟模块网关必须安装在DeltaV控制器的左侧。虚拟模块网关通信网络（VIMNet）必须与DeltaV控制网络相互隔离，以保证DeltaV控制系统的安全。

虚拟模块网关仿真占用DeltaV控制系统最后一块IO底板，即占用IO卡号57-64。若为简单模式，每块虚拟模块网关占用IO卡号57-60或61-64。若为冗余模式，则冗余占用IO 卡号57/58、59/60、61/62和 63/64。

VIMNet网络上所有的节点设备IP地址都需设置在同一网段上，使用同一的子网屏蔽码。

根据工程实际使用VIMNet组态软件对虚拟模块网关进行一系列的设置。首先对虚拟模块网关的IP地址、子网屏蔽码、仿真的IO卡号及冗余进行设置，再对仿真的串口进行设置，IP地址RTU系统为设备的具体IP地址；Port号-RTU系统为502，通信协议-RTU系统为RTU，设置完成后进行保存和下载。

2.4 系统功能

2.4.1 气田各井站数据的采集、监控和工艺流程的动态显示。

2.4.2 在线完成温度、压力、流量、液位、PID调节等参数及给定值的设定。

2.4.3 采用AGA8天然气流量计算。

2.4.4 提供完善的报警管理、事件记录、趋势图显示等功能。

2.4.5 具有多级用户管理功能，将用户的权限划分为操作员、系统工程师、工艺工程师三级。

2.4.6 具有调度远程能监控管理功能。

2.4.7 工艺流程和报警信息提示汉化。

3 结束语

红台集气站SCADA系统实现了计算机及自动控制技术管理气田，中控室操作人员能够远程监控和控制，生产调度人员能够通过WEB浏览实现数据远程监控；保证气田生产安全、可靠、平稳、经济地运行。

[1]SH3063-1999，石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范

[2]HG/T 20511-2000，信号报警，安全联锁系统设计规定

[3]刘伟.基于Intranet油田生产管控一体化系统[J].电气自动化，2004.

[4]陆德民.石油化工自动控制设计手册[S].第3版,化学工业出版社，1993.