论文部分内容阅读
摘要：采用分布式控制技术，根据油田实际生产需求，在计量间RTU上嵌入分布式控制系统实现集油掺水的自动控制，主要实现集油掺水的就地自动和手动控制以及远程指令控制，具体包括掺水参数调节、集油间数据监视、掺水参数设置、控制模式切换及流量自控阀流量设置等环节。本系统用以解决当前原油生产中存在的网络拥堵、控制过于集中等现实矛盾问题，通过提高系统的自动化水平，来降低系统的故障率，提高原油生产设备运行时率。
关键词：RTU；分布式远程控制系统；自动控制算法。
1 系統的总体结构设计
分布式控制系统采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的分级递阶结构形式，其主要特征是集中管理和分散控制。目前分布式控制系统在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。以太东某计量间为例，本系统在分级递阶的基础上改进了集油环掺水控制以及注水流量控制，如图1.1、1.2所示。
在集油环掺水控制系统中，各集油环掺水管线安装有掺水压力表和掺水流量计和流量控制阀，判别集油环是否“结蜡存在堵环风险”，掺水压力表和掺水流量计用于监测集油环掺水压力，通过调节流量控制阀开度控制掺水压力和掺水流量，现场拟在掺水汇、瞬时流量和累计流量管初添加来水温度计检测汇管来水温度（Tci），优先检测分析是否加压或告警；回油管线安装有回油温度计，用于监测集油环回油温度，判断集油环是否“发生堵环并出现事故”。
在注水流量控制系统中，各注水管安装有油管压力表和注水流量计和水量控制阀，用于监测单口水井油管压力、调节注水水量。根据油田现场实际控制操作要求，优先满足油管压力低的水井完成配注任务，而油管压力高的水井在满足油管压力低的水井完成配注任务前提下，按照设计水量完成配注任务。
2控制系统建模
控制系统建模主要分为：掺水自动控制、注水自动控制、模糊PI控制和注水自动控制实现四个部分。其中掺水自动控制综合考虑了控制过程的安全性和节能性；注水自动控制考虑了预测注水量，优先注水设置以及日配水量的容差问题；模糊PI控制用以控制掺水温度，防止因温度过低而导致结蜡；在注水自动控制实现中，系统引入注水流量实时预测技术，结合各井油管压力分析与优先注水控制算法，实现了低压井优先定额配注、高压井视工况适量配注的自动配注调节控制策略。下面以模糊PI控制和注水自动控制实现为例。
2.1 模糊PI控制
系统在PI控制的基础上制定了模糊PI控制来弥补PI控制的不足，用以控制掺水温度，防止因温度过低而导致结蜡，对于计量间的掺水阀水温的控制可以达到比较理想的效果。系统模糊PI控制仿真图见图2.1。
2.2 注水自动控制实现
在注水自动控制实现过程中系统引入变频器联动控制思路，从而可以控制水泵的扬程，最终实现控制总汇管压力及流量的目的，使系统配注输出与来水输入动态关联。图2.2为基于微机控制的数字控制通用变频器—异步电动机调速系统硬件结构图。它包括主电路、驱动电路、微机控制电路、信号采集与故障综合电路四个部分。
3.2 菜单选择界面
3 RTU系统设计
3.1 RTU硬件设置
RTU是一种安装在远程现场的测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。本系统采用了北京安控SuperE521系列RTU，在庆新油田太东某计量间实现了计量间掺水与注水就地自动控制功能，同时保持原有远程监视告警及手动调节功能。
3.2 RTU系统监控
系统应用Eset 2010软件进行通讯、采集、PID、事件中断等参数配置及初始化和寄存器调试操作，同时使用 OpenPCS 2008，OpenPCS 自动化软件，将控件加入到 infoteamOpenPCS 成为一个真正的符合 IEC 61131-3 的控制器。下图3.1是该软件的任务类型。其中主程序循环执行，注水及掺水控制没隔断时间运行一次，每日流量统计当到达每日8点时，自动运行。
3.3 ADP显示器设计
应用ADP软件设计的显示器可以实现监控及就地控制的目的，完成修改和手动控制系统，以达到自动化控制并保证系统的安全可靠。在软件系统中可以改变控制模式，通过监控掺水调节的压力差和流量差，可实时监控系统运营状况，并且可以随时切换到查看其他井的参数，同时在模拟系统中可以进行油井的掺水最大流量设定，图3.2为菜单选择界面。
4. 结论
分布式RTU控制系统设计在原有集中远程控制系统的基础上，兼具就地控制和远程控制功能，减少了生产指挥中心数据处理量，降低了网络拥堵瘫痪的风险，并且明晰了生产指挥中心控制决策、监控管理职能。系统完成并推广后，将在原系统的基础上进一步降低操控人员的工作强度，提高井间生产控制的自动化程度和井间生产设备控制的实时性。
参考文献：
[1]张建国.数字化油田建设中远程测控终端的设计与实现.电子科技大学.2014
[2]刘洪雨.无人值守井站远程数据采集终端RTU的设计与实现.西南交通大学.2014
[3]刘雨.油井智能RTU研制[D].西安石油大学，2017.
关键词：RTU；分布式远程控制系统；自动控制算法。
1 系統的总体结构设计
分布式控制系统采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的分级递阶结构形式，其主要特征是集中管理和分散控制。目前分布式控制系统在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。以太东某计量间为例，本系统在分级递阶的基础上改进了集油环掺水控制以及注水流量控制，如图1.1、1.2所示。
在集油环掺水控制系统中，各集油环掺水管线安装有掺水压力表和掺水流量计和流量控制阀，判别集油环是否“结蜡存在堵环风险”，掺水压力表和掺水流量计用于监测集油环掺水压力，通过调节流量控制阀开度控制掺水压力和掺水流量，现场拟在掺水汇、瞬时流量和累计流量管初添加来水温度计检测汇管来水温度（Tci），优先检测分析是否加压或告警；回油管线安装有回油温度计，用于监测集油环回油温度，判断集油环是否“发生堵环并出现事故”。
在注水流量控制系统中，各注水管安装有油管压力表和注水流量计和水量控制阀，用于监测单口水井油管压力、调节注水水量。根据油田现场实际控制操作要求，优先满足油管压力低的水井完成配注任务，而油管压力高的水井在满足油管压力低的水井完成配注任务前提下，按照设计水量完成配注任务。
2控制系统建模
控制系统建模主要分为：掺水自动控制、注水自动控制、模糊PI控制和注水自动控制实现四个部分。其中掺水自动控制综合考虑了控制过程的安全性和节能性；注水自动控制考虑了预测注水量，优先注水设置以及日配水量的容差问题；模糊PI控制用以控制掺水温度，防止因温度过低而导致结蜡；在注水自动控制实现中，系统引入注水流量实时预测技术，结合各井油管压力分析与优先注水控制算法，实现了低压井优先定额配注、高压井视工况适量配注的自动配注调节控制策略。下面以模糊PI控制和注水自动控制实现为例。
2.1 模糊PI控制
系统在PI控制的基础上制定了模糊PI控制来弥补PI控制的不足，用以控制掺水温度，防止因温度过低而导致结蜡，对于计量间的掺水阀水温的控制可以达到比较理想的效果。系统模糊PI控制仿真图见图2.1。
2.2 注水自动控制实现
在注水自动控制实现过程中系统引入变频器联动控制思路，从而可以控制水泵的扬程，最终实现控制总汇管压力及流量的目的，使系统配注输出与来水输入动态关联。图2.2为基于微机控制的数字控制通用变频器—异步电动机调速系统硬件结构图。它包括主电路、驱动电路、微机控制电路、信号采集与故障综合电路四个部分。
3.2 菜单选择界面
3 RTU系统设计
3.1 RTU硬件设置
RTU是一种安装在远程现场的测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。本系统采用了北京安控SuperE521系列RTU，在庆新油田太东某计量间实现了计量间掺水与注水就地自动控制功能，同时保持原有远程监视告警及手动调节功能。
3.2 RTU系统监控
系统应用Eset 2010软件进行通讯、采集、PID、事件中断等参数配置及初始化和寄存器调试操作，同时使用 OpenPCS 2008，OpenPCS 自动化软件，将控件加入到 infoteamOpenPCS 成为一个真正的符合 IEC 61131-3 的控制器。下图3.1是该软件的任务类型。其中主程序循环执行，注水及掺水控制没隔断时间运行一次，每日流量统计当到达每日8点时，自动运行。
3.3 ADP显示器设计
应用ADP软件设计的显示器可以实现监控及就地控制的目的，完成修改和手动控制系统，以达到自动化控制并保证系统的安全可靠。在软件系统中可以改变控制模式，通过监控掺水调节的压力差和流量差，可实时监控系统运营状况，并且可以随时切换到查看其他井的参数，同时在模拟系统中可以进行油井的掺水最大流量设定，图3.2为菜单选择界面。
4. 结论
分布式RTU控制系统设计在原有集中远程控制系统的基础上，兼具就地控制和远程控制功能，减少了生产指挥中心数据处理量，降低了网络拥堵瘫痪的风险，并且明晰了生产指挥中心控制决策、监控管理职能。系统完成并推广后，将在原系统的基础上进一步降低操控人员的工作强度，提高井间生产控制的自动化程度和井间生产设备控制的实时性。
参考文献：
[1]张建国.数字化油田建设中远程测控终端的设计与实现.电子科技大学.2014
[2]刘洪雨.无人值守井站远程数据采集终端RTU的设计与实现.西南交通大学.2014
[3]刘雨.油井智能RTU研制[D].西安石油大学，2017.