孤東油田年產(chǎn)原油273萬噸，天然氣4940余萬立方米，總含油面積達75平方公里。目前共有注水站9座，其中離心泵注水站6座，柱塞泵注水站3座，安裝著DF200-150，DF300-150×9，DF350-150×9，DF400-150×9，159ZS，5D-WS59/25，3DS-28/26等七種型號的注水泵，裝機容量為67480 kW，設(shè)計供水能力為19.08×104m3/d。集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以微處理器為基礎(chǔ)的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用。

　　數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過程非控變量進行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關(guān)量或者模擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機控制命令。

　　1 系統(tǒng)運行環(huán)境

　　1.1工控機

　　硬件：

　?。?）硬盤lGB以上；（2）內(nèi)存16MB以上；（3）主機P166以上；（4）顯示器選用大屏幕觸摸式顯示屏；（5）打印機一臺。

　　軟件：

　　系統(tǒng)運行環(huán)境為中文Window NT 4.0；開發(fā)應(yīng)用軟件采用MCS系統(tǒng)工控組態(tài)軟件。

　　1.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

　　硬件：（1）P166MHZ以上CPU；（2）32MB以上內(nèi)存。

　　軟件：系統(tǒng)運行環(huán)境為中文Window NT 4.0+Service PACk 4.0或更高版本、IE 4.01或更高版本；應(yīng)用軟件采用SQL Server 7.0、 IIS 4.0和Excel 2000。

　　2 工作原理

　　2.1 基本原理

　　該系統(tǒng)通過智能傳感器組對現(xiàn)場各注水泵機組的壓力、溫度、流量、電流、電壓、用電量、振動量、水位、油位、噪聲等物理量進行自動監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果由一根數(shù)據(jù)總線傳輸給可編程控制器PLC，經(jīng)可編程控制器數(shù)據(jù)計算以及注水站生產(chǎn)系統(tǒng)運行優(yōu)化處理后，路送至變頻器組去控制各泵出口電動閥門，通過電機的無級調(diào)速來控制各泵的排量；第二路送至監(jiān)控系統(tǒng)（工控機），操作、顯示各泵及整個站系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并將測試結(jié)果存入磁盤。智能傳感器（intelligent sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機器人的感覺系統(tǒng)由多個傳感器集合而成，采集的信息需要計算機進行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個優(yōu)點：通過軟件技術(shù)可實現(xiàn)高的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。

　　2.2 現(xiàn)場各物理量監(jiān)測

　　（1）壓力和液位檢測。采用意大利的TSK霍爾壓力傳感器將現(xiàn)場各壓力（液位）信號轉(zhuǎn)換成4～20mA標準模擬信號輸入至PLC，由PLC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，計算實際的壓力（液位）值，存入PLC中CPU數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　?。?）溫度檢測。采用美國的DS1820溫度傳感器，將各點溫度信號按地址編碼由一根數(shù)據(jù)總線通過集線器直接與PLC通訊，將各溫度值存入PLC中CPU數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　　（3）流量檢測。選用具有485通訊接口的電磁流量計，將瞬時流量和累計流量采用讀取儀表內(nèi)存的方法，經(jīng)485通訊接口直接送入PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　　（4）用電量檢測。選用具有485通訊接口的智能電能表，將電機用電量采用讀取儀表內(nèi)存的方法，經(jīng)485通訊接口直接送入PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　?。?）電壓、電流的檢測。通過安裝在強電柜中的變送器將各電量信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標準模擬信號給PLC，經(jīng)PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　?。?）振動量和噪聲的檢測。通過安裝在泵房中的震動傳感器和噪聲檢測器將檢測信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標準模擬信號給PLC，經(jīng)PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由程序?qū)崟r調(diào)用。

　　2.3閥門控制

　　經(jīng)過上述現(xiàn)場各物理量的監(jiān)測和計算，得出各機組的電流、單耗和效率，根據(jù)其各系統(tǒng)運行期望值的要求，PLC的調(diào)控控制程序通過實時控制變頻調(diào)速器的運行頻率和正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對機泵電動閥門自動調(diào)控，并將調(diào)控結(jié)果反饋給PLC，使注水泵始終處于安全、高效的運行狀態(tài)；同時有效實現(xiàn)閥門電機在啟動和運行過程中的過電流和過電壓保護。

　　該控制器與電動閥門配套后廣泛地應(yīng)用于使用管道閥門的給排水、供熱、電站、化工、食品、紡織、造紙、制藥、船舶、鋼鐵和煤炭等工業(yè)部門。特點1控制電路采用直流穩(wěn)壓電源，控制可靠、開度指示準確且操作安全2.機殼采用標準的儀表機箱，體積小重量輕，便于安裝在控制屏上。 電動閥門出力矩時有蜂鳴器報警，便于及時排除故障。技術(shù)數(shù)據(jù)工作電壓：380V，660V,220V,50Hz,三相四線制。工作環(huán)境：環(huán)境溫度：-20～+40℃相對濕度：不大于80％（20±5℃時）周圍不含有強腐蝕時性、易燃易爆介質(zhì)。工作原理控制器的電路主要由控制電路、工作顯示電路、開度指示電路和主電路（主電路中的行程和力矩微動開關(guān)KXK，GXK，KZK，GZK和電機在閥門電動裝置內(nèi)）四部分組成。

　　2.4提示操作

　　通過對泵出口壓力與注水管網(wǎng)干線壓力的檢測，計算出泵干壓差。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化調(diào)控措施后泵干壓差仍超出上，微機屏幕發(fā)出“申請減泵”提示；反之則發(fā)出“申請加泵”提示；當(dāng)單臺機組系統(tǒng)效率低于下，發(fā)出“申請換泵”提示；每次提示操作均同時發(fā)出聲光報警信號。

　　2.5保護及報警

　　當(dāng)注水系統(tǒng)運行出現(xiàn)突發(fā)性故障和嚴重超出調(diào)控值時，系統(tǒng)能及時發(fā)出聲光報警，并給予提示，以及自動緊急跳閘斷電停機保護等措施，同時工控機能自動彈出報警窗口，顯示報警畫面。

　　2.6網(wǎng)絡(luò)操作

　　通過一臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將各注水站工業(yè)現(xiàn)場的集散控制系統(tǒng)與企業(yè)的局域網(wǎng)有效地連接起來，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。各客戶端通過聯(lián)網(wǎng)操作，可查看各泵站的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、歷史報表和曲線、動態(tài)實時畫面、數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)、報警信息。

　　根據(jù)不同的計算能力，服務(wù)器又分為工作組級服務(wù)器、部門級服務(wù)器和企業(yè)級服務(wù)器。服務(wù)器操作系統(tǒng)是指運行在服務(wù)器硬件上的操作系統(tǒng)。服務(wù)器操作系統(tǒng)需要管理和充分利用服務(wù)器硬件的計算能力并提供給服務(wù)器硬件上的軟件使用。

　　3 系統(tǒng)組成及主要技術(shù)指標

　　3.1 系統(tǒng)組成

　　圖1為系統(tǒng)組成信號流程框圖。

　　3.2主要技術(shù)指標

　?。╨）各種傳感器的測量準確度，±1.0％；

　　（2）A／D變換分辨率，12位；

　?。?） 工控機及控制柜工作電壓：220（1±0.1）V；

　?。?）閥門控制器工作電壓：380（1±0.1）V；

　?。?） 5000 m3儲水罐液位控制在5－11m之間；

　　（6）注水泵前、后軸瓦溫度控制在70℃以下；

　?。?） 電機前、后軸瓦溫度控制在70℃以下；

　?。?）2000kW電機定子溫度控制在110℃以下；

　?。?） 注水泵冷卻水管線壓力控制在0.15MPa以下；

　?。?0）注水泵和電機軸瓦前、后的潤滑油壓力控制在0.06－0.13MPa之間，壓力低于0.05MPa時，啟動備用油泵；

　?。?1）注水泵、電機的前后軸瓦處的振動量控制在0.5mm以下；

　?。?2）注水站單臺泵效達到78％以上；

　　（13）循環(huán)水池液位控制在0.4m以上；

　　（14）微機自動啟泵（包括加載）時間小于8秒；微機自動停泵（包括卸載）時間小于10秒；

　?。?5）當(dāng)注水系統(tǒng)發(fā)生故障時，微機發(fā)出自動停機保護、報警、故障顯示并記錄時間小于10秒；

　?。?6）泵的出口壓力波動量控制在±0.1MPa之內(nèi)；

　?。?7）泵房噪聲控制在95dB以下；

　?。?8）網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸速率10Mbps。

　　4 系統(tǒng)的功能與特點

　　4.1 功能

　?。?）具有泵站工藝現(xiàn)場工況流程圖、每臺機組運行狀態(tài)模擬圖、儲水罐液位模擬圖、設(shè)備潤滑流程圖、設(shè)備冷卻流程圖等動態(tài)顯示，動態(tài)測量控制數(shù)據(jù)的功能。

　?。?）具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠距離調(diào)控操作，查看各注水站每臺泵的運行狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置調(diào)控參數(shù)和保護參數(shù)，以及緊急故障處理等。

　?。?）具有巡視功能。能循環(huán)顯示各個顯示窗口，包括注水泵圖、電機圖、泵效趨勢圖、數(shù)據(jù)表和各種報表等

　　（4）具有顯示并打印輸出設(shè)備報警及停機參數(shù)、各機組運行參數(shù)、歷史資料、特性曲線和數(shù)據(jù)分析報表等。既能定時編制打印各種生產(chǎn)報表，又能根據(jù)生產(chǎn)需要隨時打印某一時刻某臺機組的監(jiān)測資料。

　?。?）自動采集處理數(shù)據(jù)，對監(jiān)測處理的數(shù)據(jù)資料具有記憶、再顯和遠傳功能。

　?。?）系統(tǒng)具有三種啟停泵操作方式。即現(xiàn)場手動操作方式、微機啟停操作方式和網(wǎng)絡(luò)客戶端的遠距離啟停操作方式，滿足了企業(yè)集成化管理和安全生產(chǎn)的要求。

　　4.2 特點

　?。?）采用大屏幕觸摸式顯示屏，操作簡單、省時、方便。

　?。?）采用直觀的彩色圖形顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)和報警，界面美觀，具有良好的人機界面接口。

　?。?）系統(tǒng)運行安全可靠。在遇到全站停電等故障狀態(tài)時，具有自行關(guān)閉和保護報警功能，并提示現(xiàn)場值班人員采取應(yīng)急措施，有效確保注水系統(tǒng)的安全正常生產(chǎn)。

　　（4）監(jiān)控實時性好，自動化程度高。采用變頻調(diào)速器進行系統(tǒng)調(diào)控，控制效果好，實現(xiàn)了電動閥開閉度的無級閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)采集及時準確，能根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測情況自動優(yōu)化設(shè)備運行狀態(tài)，及時提出修改或調(diào)整運行參數(shù)的指令要求。

　?。?）具有良好的抗干擾能力。由于注水泵機組均為6 kV的大功率高壓交流電機，現(xiàn)場電信號干擾較大，為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在軟、硬件上采取了多種防干擾措施。

　　5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

　　經(jīng)過二年多時間的現(xiàn)場運行，實踐證明該系統(tǒng)性能優(yōu)越，可靠性好，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。它的應(yīng)用，既提高了注水泵站的現(xiàn)代化管理水平，減緩了機泵的磨損，延長了設(shè)備的使用壽命，使設(shè)備的預(yù)知性修保能力大大增強；同時還進一步改進了職工的生產(chǎn)工作條件，降低了油田大型泵站的工業(yè)噪聲污染，減輕了職工的勞動強度，提高了油田注水站的系統(tǒng)效率和自動化水平，達到了平穩(wěn)注水，節(jié)能降耗的目的。