论文部分内容阅读
[摘 要]随着石油价格逐年攀升，如何高效的开采石油受到世界广泛的关注，世界各国不断探索提高开采效率的方法。由于当前石油分布广泛，注汽锅炉分布不集中，依靠人工定期巡检，往往不能及时发现问题。随着计算机网络技术、传感器技术、集成技術和数据通讯技术的飞速发展，世界各油田建设开始向数字化、信息化迈进，一些国家将网络技术和数据远传技术应用到注汽锅炉监控中，通过远程联网，实施监控锅炉的状态，提高开采效率，避免事故的发生。本文研究了分布式控制系统的原理和结构，通过诊断技术和远程监控技术将分布式控制技术与注汽锅炉的管理建立联系，对注汽锅炉实行集中管理和控制，提高热注行业的现代化管理水平。
[关键词]注汽锅炉；热注生产；分布式控制
中图分类号：TE41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0239-01
引言
随着稠油开采的规模在不断扩大，为满足开采需求，集中供热站建成了分散的注汽站，每个注汽站又有几台高压注汽锅炉，分布点多、距离远，缺乏集中管理的手段。而人工定期巡检有事不能及时发现故障或隐患，当故障警报后再去处理，影响设备的运行效率和注汽质量。为保证油田开采系统的健康稳定的运行，需要引进先进的现代自动控制检测技术和智能故障诊断技术，远程实时监控，提高油气田的控制和维护水平。
一、 分布式控制系统的综述
1. 分布式控制系统的概念
分布式控制系统DCS（Distributed Contorl System）是以微型计算机为基础，将分散控制装置、通信设备、集中操作与信息综合管理结合在一起的新型控制系统。
2. 分布式控制系统的特点
（1） 高可靠性
系统中某一台计算机或从站出现了故障不会导致整个系统其它功能的丧失。
（2） 开放性
DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。
（3） 灵活性
通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。
（4） 易于维护
功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。
（5） 协调性
各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。
（6） 实现控制功能齐全
可实现DAS（数据采集系统）、MCS（模拟量控制系统）CCS（协调控制系统）、SCS（顺序控制系统）、FSSS（炉膛安全监控系统）、DEH（汽轮机数字式电液控制系统）、AGC（自动发电控制 ）、MFT（总燃料跳闸）、RB（辅机故障减负荷）等控制。
二、 注汽站远程控制系统的结构
该系统机构包括一个PLC控制站，一台工控机，还有流量计、压力变送器、压力开关、测温传感器、油位开关、电磁控制阀、点火控制器、火焰检测器、变频器等。注汽站远程控制网络系统分为三层。
第一层，现场监控层，由各类PLC可编程控制器、执行元件、传感器等组成的PLC控制站构成，传输方式一般采用模拟信号，随着传感元件的集成化的发展，数字信号采集系统成为一种发展趋势。在这一层面中，其监控范围包括燃气锅炉、软化器、水质硬度在线监测、锅炉蒸汽自动控制、以及生产环境监测。
第二层，车间级监控层，由工业计算机和各类智能控制器组成，以工业现场总线为信息传递通道，完全采用数字信号进行通讯。在这一层次，可实现一定范围的集中管理，对生产进行实时监测，并可对各种生产异常做出快速反应和协调。
第三层，单位级监控层，建立在以太网基础之上，网络上各个节点之间的通讯采用统一的TCP / IP网络协议，信息传输速度快，满足图像实时监控对网络带宽的要求。系统中的工业计算机，网络摄像头等都属于这一层次。
三、 注汽站远程控制系统的设备构成
1. 现场级设备
现场设备有各类传感器、变送器和执行器。将注汽锅炉的情况，例如对注汽锅炉温度检测，通过传感器采集的信号，传送到控制站，控制站对温度、水位、进水量、开关泵等因素进行综合分析，排除干扰信号，绘制出不同的温度曲线
三层网络体系结构的特点
2. 控制级设备
该级别的设备主要是PLC及其逻辑单元，同现场设备流量计、压力变送器、压力开关、测温传感器、油位开关、电磁控制阀、点火控制器、火焰检测器、变频器等组成，实现自动点火、自动跟踪数据，并将数据通过无线网络传输到注汽锅炉监控系统中，按照注汽锅炉过程要进行的工艺控制。
3. 监控级设备
监控级设备要完成数据采集和实时监控，主要是工控机（包括一个CPU主机架、一个I/O扩展机架）和现场级设备组成一套可以实现自动点火和远程自动监控。
4. 管理级设备
管理级设备通常放在监控室中，由一个工厂的厂级管理计算机或若干个机组组成的计算机，通过无线网路，将生产现场的数据传输到管理计算机中，用来检测各注汽站点的每个注汽锅炉的运行情况，利用专家系统，根据实时采集的数据预测可能发生的情况，管理员可以实时掌握锅炉的产汽量、干度、压力、燃油量等重要运行参数，还可以根据专家系统提供的历史数据进行分析，提出维护措施。
四、 系统功能及实现
系统中应具有自动点火、给水量远程控制、烟气氧含量远程控制、火量远程控制、数据管理、连锁报警灯功能。下面以烟气氧含量远程控制阐述该功能的实现过程：
氧化锆分析仪实时测量烟气中氧气的含量，由无线传输到控制系统中，系统通过对历史数据的分析，如果热烟气带走的热量在规定值内，不发出警报，如果不在范围内，则发出警报。监控员得到警报后，分析体统记录的数据，根据检测结果，分析烟气中是否有未完全燃烧的气体，并计算未完全燃烧的热损失。 如果鼓风量过大，烟气中的剩余空气量偏大，烟气含氧量过多，带走的热量较多，应采用变频技术，定量降低鼓风量。如果鼓风量偏小，燃料燃烧不完全，烟气氧含量低，应通过变频提高鼓风量。直到达到正常值后，停止警报。
小结
油田热注控制系统是油田控制系统的一个分支，随着信息技术的不断发展，油田的现代化信息管理技术不断提高，通过运用远程控制手段，将推动我国热注生产的管理水平和管理质量，并推动我国油田管理设备的发展，为国民经济相关行业带来很大的经济效益。
参考文献
[1]闫浩明，解义云.远传技术在曙光油田注汽锅炉上的应用[J].内蒙古石油化工，2005（11）；
[2]任旭虎，郭曙光.油田热采集锅炉燃烧控制系统的研制与应用[J].仪表技术与传感器，2003（04）；
[3]李桂芹，靳立宏，党建军.变频调速技术以及PLC控制技术在注汽锅炉上的应用[J].石油天然气学报，2009（12）
[关键词]注汽锅炉；热注生产；分布式控制
中图分类号：TE41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0239-01
引言
随着稠油开采的规模在不断扩大，为满足开采需求，集中供热站建成了分散的注汽站，每个注汽站又有几台高压注汽锅炉，分布点多、距离远，缺乏集中管理的手段。而人工定期巡检有事不能及时发现故障或隐患，当故障警报后再去处理，影响设备的运行效率和注汽质量。为保证油田开采系统的健康稳定的运行，需要引进先进的现代自动控制检测技术和智能故障诊断技术，远程实时监控，提高油气田的控制和维护水平。
一、 分布式控制系统的综述
1. 分布式控制系统的概念
分布式控制系统DCS（Distributed Contorl System）是以微型计算机为基础，将分散控制装置、通信设备、集中操作与信息综合管理结合在一起的新型控制系统。
2. 分布式控制系统的特点
（1） 高可靠性
系统中某一台计算机或从站出现了故障不会导致整个系统其它功能的丧失。
（2） 开放性
DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。
（3） 灵活性
通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。
（4） 易于维护
功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。
（5） 协调性
各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。
（6） 实现控制功能齐全
可实现DAS（数据采集系统）、MCS（模拟量控制系统）CCS（协调控制系统）、SCS（顺序控制系统）、FSSS（炉膛安全监控系统）、DEH（汽轮机数字式电液控制系统）、AGC（自动发电控制 ）、MFT（总燃料跳闸）、RB（辅机故障减负荷）等控制。
二、 注汽站远程控制系统的结构
该系统机构包括一个PLC控制站，一台工控机，还有流量计、压力变送器、压力开关、测温传感器、油位开关、电磁控制阀、点火控制器、火焰检测器、变频器等。注汽站远程控制网络系统分为三层。
第一层，现场监控层，由各类PLC可编程控制器、执行元件、传感器等组成的PLC控制站构成，传输方式一般采用模拟信号，随着传感元件的集成化的发展，数字信号采集系统成为一种发展趋势。在这一层面中，其监控范围包括燃气锅炉、软化器、水质硬度在线监测、锅炉蒸汽自动控制、以及生产环境监测。
第二层，车间级监控层，由工业计算机和各类智能控制器组成，以工业现场总线为信息传递通道，完全采用数字信号进行通讯。在这一层次，可实现一定范围的集中管理，对生产进行实时监测，并可对各种生产异常做出快速反应和协调。
第三层，单位级监控层，建立在以太网基础之上，网络上各个节点之间的通讯采用统一的TCP / IP网络协议，信息传输速度快，满足图像实时监控对网络带宽的要求。系统中的工业计算机，网络摄像头等都属于这一层次。
三、 注汽站远程控制系统的设备构成
1. 现场级设备
现场设备有各类传感器、变送器和执行器。将注汽锅炉的情况，例如对注汽锅炉温度检测，通过传感器采集的信号，传送到控制站，控制站对温度、水位、进水量、开关泵等因素进行综合分析，排除干扰信号，绘制出不同的温度曲线
三层网络体系结构的特点
2. 控制级设备
该级别的设备主要是PLC及其逻辑单元，同现场设备流量计、压力变送器、压力开关、测温传感器、油位开关、电磁控制阀、点火控制器、火焰检测器、变频器等组成，实现自动点火、自动跟踪数据，并将数据通过无线网络传输到注汽锅炉监控系统中，按照注汽锅炉过程要进行的工艺控制。
3. 监控级设备
监控级设备要完成数据采集和实时监控，主要是工控机（包括一个CPU主机架、一个I/O扩展机架）和现场级设备组成一套可以实现自动点火和远程自动监控。
4. 管理级设备
管理级设备通常放在监控室中，由一个工厂的厂级管理计算机或若干个机组组成的计算机，通过无线网路，将生产现场的数据传输到管理计算机中，用来检测各注汽站点的每个注汽锅炉的运行情况，利用专家系统，根据实时采集的数据预测可能发生的情况，管理员可以实时掌握锅炉的产汽量、干度、压力、燃油量等重要运行参数，还可以根据专家系统提供的历史数据进行分析，提出维护措施。
四、 系统功能及实现
系统中应具有自动点火、给水量远程控制、烟气氧含量远程控制、火量远程控制、数据管理、连锁报警灯功能。下面以烟气氧含量远程控制阐述该功能的实现过程：
氧化锆分析仪实时测量烟气中氧气的含量，由无线传输到控制系统中，系统通过对历史数据的分析，如果热烟气带走的热量在规定值内，不发出警报，如果不在范围内，则发出警报。监控员得到警报后，分析体统记录的数据，根据检测结果，分析烟气中是否有未完全燃烧的气体，并计算未完全燃烧的热损失。 如果鼓风量过大，烟气中的剩余空气量偏大，烟气含氧量过多，带走的热量较多，应采用变频技术，定量降低鼓风量。如果鼓风量偏小，燃料燃烧不完全，烟气氧含量低，应通过变频提高鼓风量。直到达到正常值后，停止警报。
小结
油田热注控制系统是油田控制系统的一个分支，随着信息技术的不断发展，油田的现代化信息管理技术不断提高，通过运用远程控制手段，将推动我国热注生产的管理水平和管理质量，并推动我国油田管理设备的发展，为国民经济相关行业带来很大的经济效益。
参考文献
[1]闫浩明，解义云.远传技术在曙光油田注汽锅炉上的应用[J].内蒙古石油化工，2005（11）；
[2]任旭虎，郭曙光.油田热采集锅炉燃烧控制系统的研制与应用[J].仪表技术与传感器，2003（04）；
[3]李桂芹，靳立宏，党建军.变频调速技术以及PLC控制技术在注汽锅炉上的应用[J].石油天然气学报，2009（12）