胜利油田注水站无人值守自动化监控系统

一、项目实施背景

本注水站投产于1997年，目前有柱塞式注水泵5台，储水罐2座，设计日注水量450M3，工作压力31MPa，柱塞式注水泵4台，注水量9方/时，功率110KW ; 100方储水罐2座。后又增加1台15方柱塞式注水泵，功率185KW，目前各项生产参数均为人工值班巡检，随着对注水系统精细化管理的要求不断加大，实现全站的自动化数据监控显得越来越迫切，该站地处偏远，同时需要实现站内生产数据的远程网络监控，鉴于此，对纯九注水站实行自动化系统建设。

二、项目实施目标

1、 实现注水泵站数据远程传输，实现站区生产无人值守；

（1） 数据传输采用无线网桥进行远程数据连接；

（2） 在无线网桥的基础上进行远程视频监控，从而实现无人值守；

2、 提供统一的实时现场工况远程监控平台，实现局域网网上浏览，采用C/S结构实现；

（1） 提供现场实时数据采集与传输，并在本地PC进行数据监控,数据采集主要有：

a) 压力

b) 温度

c) 液位

d) 流量

e) 阀门开度

f) 能耗

j) 运行状态与故障检测

（2） 提供现场本地PLC闭环控制，并在本地PC进行控制监控；

（3） 提供现场控制手自切换，在本地控制柜进行开关切换

（4） 提供现场本地PLC闭环控制参数可设，可通过本地PC进行设置

（5） 提供现场数据异常自动报警机制，并在本地PC进行声光报警，主要有：

a) 注水泵进口压力低压报警；

b) 注水泵曲轴箱温度报警；

c) 储水罐液位报警

（6） 提供异常情况下的自动控制策略，主要有：

a) 注水泵井口压力极限低压报警连锁停泵控制；

b) 注水泵曲轴箱温度高温报警连锁停泵控制；

c) 储水罐极限低液位连锁停泵控制;

三、系统方案

1、系统构架

（1）传感器层

传感器层由分布在现场的各类采集模块组成，负责各项数据的采集任务。核心由PLC组成，负责各项数据的采集、报警以及自控，同时将数据通过总线向上位机进行传递，由上位机进行数据显示以及各项信息提示。

（2）通讯层

通讯层在底层传感器与PLC之间，PLC与上位机之间由以太网组成；在上位机与数据库服务器之间由Ethernet以太网组成；服务器与上层管理机构之间由无线网桥组成的以太网组成。底层传感器之间由485总线组成。

（3）业务层

本层主要由数据采集、数据库服务器以及PLC构成，主要完成系统各项功能的实现以及逻辑控制，是系统的核心部分。服务器负责完成PLC数据采集、报警提示、PLC控制设置、数据存储备份、信息发布。PLC主要完成各种底层传感器数据采集，各种异常情况下的控制处理，与各种执行机构形成闭环控制。

   （4） 执行机构

执行机构由现场各个泵的配电柜、位于配电室内的变频器以及阀门执行机构共同构成，主要完成注水泵、喂水泵的启停控制，阀门开度的控制，是具体业务的执行体现者。

（5）用户层

客户端层，本层主要给用户提供友好界面接口，使用户可以在本地与远程浏览现场数据，控制现场设备。

2、 系统功能实现

（1）软件功能说明

a) 数据实时显示，形象的动画显示功能

PLC提供的现场参数，上位机实时显示、更新。压力、轴温、液位状态动画显示如下图：

b) 实时曲线以及历史数据存储、显示、查询；24小时历史数据曲线、报表功能输出打印等

需要进行存储的数据，上位机可根据要求，实时进行曲线显示以及存储，并显示历史曲线。

注水泵实时曲线图

c) 其他历史数据显示、查询、报表等

用户登录历史数据、操作记录历史数据

可以进行用户登录的历史数据记录及查询，操作记录的历史记录及查询打印等。如下图所示：

历史数据统计图

d) 权限设置

可根据要求设置权限级别，一般应包括浏览级别、控制级别两级。

e) 远程控制功能

根据需要，上位机可进行某些闸阀的开关控制，水泵的启停以及某些参数的远程控制等。

f) 提供派生数据的计算、存储、报表等

单耗、标耗、泵干效率等数据的计算、存储、报表等。

g) 静态数据管理

包括基础数据、设备数据的管理，增加修改查询删除等

h) 报警功能

实时报警，并在报警解除后报警记录可进行查询并输出报表。

i) 其他功能

根据用户的实际需求，做必要的改动。

（2）PLC控制功能及流程

本控制系统中，程序的任务主要是针对注水系统的监控及其它设备的联锁。控制系统中的PLC根据工艺运行要求，以完成以下控制功能：

a、在线仪表发出的4-20mA的信号，传输到PLC中，PLC的A/D转换功能，将现场模拟量信号转换成数字量信号。

b、PLC将获得的数据传输并在上位机画面中显示。

c、注水泵的控制：

PLC根据上位机中参数设定，当注水泵进口压力、注水泵曲轴箱温度、储水罐液位低于/高于设定值时，PLC输出控制信号，发出声光报警。当在必要的时候，自动停止注水泵、喂水泵。

d、变频器的控制：

   变频器实现就地/远程控制两种方式。实现注水泵平滑启动、停止，有效减小对电网的冲击。变频器运行频率可以从上位机或者就地面板设定，或者根据注水泵出口压力，实现变频器频率的自动设定。

e、喂水泵的控制：

   实现喂水泵和注水泵的联动。注水泵启动之前，启动喂水泵；注水泵停止之后，停止喂水泵。

f、注水泵进口压力控制：

   通过控制出水阀门的开度，实现注水泵进口压力PID控制。当压力低于设定值时，增大阀门开度；当压力高于设定值时，减小阀门开度。

经过我公司对胜利油田注水站的自动化改造，实现了站内生产数据的远程网络监控。得到了油田各级领导的好评。