摘 要： 油田伴生氣增壓回收系統是利用工業(yè)壓縮機將油田伴生氣壓縮到一定的壓力后，再通過(guò)切換閥門(mén)以及專(zhuān)用管道回收利用的系統。系統包括了壓力檢測、溫度檢測、閥門(mén)切換以及變頻控制等控制過(guò)程。目前對此系統主要有兩類(lèi)控制器，一類(lèi)是采用單板機制作的專(zhuān)用控制器，此控制器可以較好的實(shí)現控制功能，但在可靠性以及維護性方面都存在較大的問(wèn)題；還有一類(lèi)是采用PLC作為系統的控制器，PLC的可靠性會(huì )大大強于單板機控制器，并且有豐富的通訊接口，易于組網(wǎng)。在監控方面，系統一般包括現場(chǎng)觸摸屏監控以及GPRS遠程監控系統。和利時(shí)公司的LK系列PLC不僅有很高的可靠性還有豐富的通訊接口，系統組網(wǎng)更加容易，此外還具有SD卡程序下裝功能，系統的升級維護更加方便，因此LK系列PLC在此類(lèi)系統中的應用前景更加廣闊。

    關(guān)鍵詞 ：LK PLC；伴生氣增壓回收系統；GPRS；

   1 引言

   伴生氣又稱(chēng)為油田氣，是與原油共同儲藏在地層深處的一種能源，其主要成分為甲烷，其中還有乙烷、丙烷、丁烷等少量氣體。早期國內外大部分油田沒(méi)有對伴生氣進(jìn)行有效的回收利用，多采取燃燒、排放等簡(jiǎn)單的處理方式，這些處理方式不僅污染環(huán)境，而且造成巨大的浪費。隨著(zhù)企業(yè)節能減排意識的提高以及自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷提升，越來(lái)越多的油田開(kāi)始致力于伴生氣回收系統的開(kāi)發(fā)。不同的油田所產(chǎn)生的伴生氣濃度與壓力是不同的，為了能夠將伴生氣回收利用，需要將壓力不足的伴生氣進(jìn)行增壓，油田伴生氣增壓回收系統就是在此背景下應運而生的。
  
                           

    近些年，隨著(zhù)自動(dòng)化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的快速提升，油田伴生氣增壓回收系統的功能也越來(lái)越強大，由最早是單機控制系統，發(fā)展到現在的帶有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的集中智能控制系統，這就需要控制器具有較強的通訊擴展能力。目前采用的控制器主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是基于單板機的專(zhuān)用控制器，還有一類(lèi)是基于PLC的控制器?；趩伟鍣C的專(zhuān)用控制器可以較好的實(shí)現控制功能，但在可靠性以及維護性方面都存在較大的問(wèn)題，其中一些控制器的網(wǎng)絡(luò )接口也沒(méi)有統一的標準，不易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )擴展；另一類(lèi)采用PLC作為系統的控制器，PLC的可靠性大大強于單板機控制器，此外PLC的通訊擴展能力也比較強，可以比較方便的實(shí)現復雜的網(wǎng)絡(luò )。本文所述的油田伴生氣增壓回收系統就是采用PLC作為控制器的，本系統采用的是和利時(shí)公司LK系列PLC，這款PLC不僅具有很高的可靠性，還有豐富的通訊接口，非常易于組網(wǎng)，利用CPU自帶的RS485接口以及宏電的GPRS DTU模塊，系統實(shí)現了基于GPRS的遠程監控功能。此外系統還支持SD卡程序下裝功能，用戶(hù)只需通過(guò)帶有程序的SD存儲卡就可完成程序的下裝，此功能特別適用于對此類(lèi)所在地點(diǎn)偏僻、不便于使用電腦對控制系統進(jìn)行升級與維護的應用場(chǎng)合。下面就詳細介紹一下采用和利時(shí)公司的LK系列PLC搭建的油田伴生氣增壓回收系統。

   2 油田伴生氣增壓回收系統工藝

   該系統主要由以下三個(gè)子系統組成，分別是增壓系統、噴液冷卻系統以及獨立潤滑油系統。下面分別對這幾個(gè)子系統進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。
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   增壓系統

   增壓系統用于伴生氣增壓，可根據入口氣體壓力情況自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)停止，其核心裝置為雙螺桿壓縮機，壓縮機采用變頻工作方式?？刂破鞲鶕O定的出口氣體壓力與實(shí)際出口壓力作比較，采用PID算法計算出變頻器的運行頻率，實(shí)現對雙螺桿壓縮機的動(dòng)態(tài)能量調節。
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    噴液冷卻系統

   壓縮機汽缸采用噴淋冷卻的方式，冷卻液采用油田中的原油，原油與套管氣混合后進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻后的油氣作為噴淋液進(jìn)入壓縮機。
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   獨立潤滑系統

   獨立潤滑系統由油泵、油箱、潤滑油過(guò)濾器、潤滑油分配器等組成，分別向壓縮機的軸承、機械密封、同步齒輪提供潤滑油。潤滑系統設置油壓連鎖控制等功能，保證主機得到良好潤滑和封閉。

   油田伴生氣增壓回收系統工藝結構如圖2-1所示，從圖中可以看到此系統主要包括壓縮機、變頻器、潤滑油分配器、冷卻器、原油加熱器、油泵以及一些閥門(mén)開(kāi)關(guān)等。圖中綠色部分即為獨立潤滑油系統，潤滑油采用原油，經(jīng)加熱后由油泵打入冷卻器中，再進(jìn)入潤滑油分配器，加熱原油是避免油溫過(guò)低時(shí)阻塞油泵。圖中紅色部分為噴液冷卻系統，原油經(jīng)冷卻后作為冷卻劑進(jìn)入壓縮機。圖中藍色部分為增壓系統，伴生氣在符合一定壓力條件下進(jìn)入壓縮機，壓縮機變頻工作使壓縮后的伴生氣穩定在設定壓力上。
 
               
                         圖 2-1 油田伴生氣增壓回收系統工藝示意圖

   3 油田伴生氣增壓回收控制系統設計
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    系統結構

    此系統采用和利時(shí)公司的LK系列PLC作為控制器?？刂葡到y結構如圖3-1所示，在控制層每個(gè)采油站配置一個(gè)現場(chǎng)控制站，現場(chǎng)控制站包括一套LK PLC、一個(gè)觸摸屏以及一塊GPRS遠程通訊模塊，PLC負責現場(chǎng)工況信號的采集、處理以及向現場(chǎng)設備發(fā)送控制信號，觸摸屏用于現場(chǎng)監控與調試，GPRS遠程通訊模塊將現場(chǎng)控制站以無(wú)線(xiàn)的方式接入公網(wǎng)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )即可將現場(chǎng)控制站的狀態(tài)與報警信息傳輸到監控中心的操作員站上。網(wǎng)絡(luò )層采用星型網(wǎng)絡(luò )，以公網(wǎng)為中心，作員站通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接到公網(wǎng)，公網(wǎng)再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )與現場(chǎng)各工作站交換數據。在操作層采用了2個(gè)操作員站，其中一臺操作員站具備工程師站的功能，用于操作以及監視此控制系統，兩個(gè)操作員站采用熱備的方式，當其中一臺操作員站出現故障時(shí)，可以使用另一個(gè)操作員站對系統進(jìn)行操作，從而不會(huì )影響系統正常工作。兩個(gè)操作員站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機進(jìn)行數據交換，打印機負責打印日常報表。
  
                 
                                         圖 3-1 伴生氣增壓回收控制系統結構圖
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   PLC硬件配置

   本系統采用和利時(shí)公司的LK系列PLC，LK系列PLC的CPU上集成了豐富的通訊接口，包括冗余的Profibus-DP接口、太網(wǎng)接口，一個(gè)RS232接口以及一個(gè)RS232\485接口，不用另外擴展通訊模塊即可組成復雜的通訊網(wǎng)絡(luò )，既能滿(mǎn)足客戶(hù)的通訊需求，又為用戶(hù)節約了投入成本。單個(gè)子站控制系統硬件清單如下：

   表 3-1單個(gè)子站控制系統硬件清單
 
                   

   上位機操作系統

    上位機操作系統采用和利時(shí)公司的HollyView進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現對各PLC控制站的監視與控制。為了通過(guò)GPRS與各子站進(jìn)行通訊，操作員站申請了域名，通過(guò)HollyView虛擬串口功能與各DTU建立連接。數據庫采用SQL2000，通過(guò)連接SQL2000數據庫進(jìn)行運行狀態(tài)信息的保存、讀取以及報警數據的記錄等工作。為了保證系統的可靠性，本系統采用兩臺PC機互為備份，并實(shí)現數據庫同步，確保監控系統的不間斷運行。
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   觸摸屏操作系統

   觸摸屏可以在現場(chǎng)對設備進(jìn)行監視與控制，以及在設備調試時(shí)使用。觸摸屏系統中包括了參數設置、系統控制、系統狀態(tài)監視、報警信息記錄等功能。系統運行畫(huà)面如圖3-2所示： 
 
                 
                           圖 3-2 觸摸屏系統運行畫(huà)面

   4 應用特點(diǎn)

   基于LK的伴生氣增壓回收系統具有如下特點(diǎn)：
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   可靠性

   本系統采用和利時(shí)公司的大型PLC產(chǎn)品LK系列PLC，LK系列PLC主要針對大型或對可靠性要求高的控制系統，產(chǎn)品設計借鑒了和利時(shí)公司DCS產(chǎn)品的成功經(jīng)驗，在惡劣的工作環(huán)境下仍然可以保證長(cháng)時(shí)間可靠的工作，LK系列PLC還通過(guò)了UL和CE兩大國際認證。上位機系統采用兩臺PC互為熱備，當一臺PC機出現問(wèn)題的時(shí)候，另一臺PC機可以立即投入工作，從而不會(huì )影響系統正常運行，可以看出本系統在控制層與操作層都有相當高的可靠性。 
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   系統功能強

   LK系列PLC可靠性高，運算速度快，邏輯控制容量大，支持SD卡程序下裝，支持LD、ST等多種語(yǔ)言混合編程，特別適合伴生氣增壓回收系統這樣算法比較多的控制系統。LK編程軟件中帶有增量PID功能塊，通過(guò)配置參數就可以很方便的實(shí)現PID運算功能。此系統被控對象所處位置偏遠且分散，對此采用了基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的遠程監控系統，不僅節省了布線(xiàn)成本，新建的子站也可以很容易的加入現有系統中。
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   數據庫記錄完善

   上位機操作系統采用HollyView組態(tài)軟件連接SQL2000數據，可以實(shí)現系統監控以及系統狀態(tài)信息、報警信息的記錄功能，觸摸屏所做的操作界面同樣具有報警信息記錄等功能，用戶(hù)可以在現場(chǎng)隨時(shí)查詢(xún)報警信息。

   5 結束語(yǔ)

    油田伴生氣增壓回收系統在保護環(huán)境、節能減排上有著(zhù)深遠的意義，此類(lèi)系統也將成為控制領(lǐng)域新的研究方向。LK系列PLC以其高可靠性、易用性很好的完成了此系統的控制任務(wù)，這也預示著(zhù)國產(chǎn)PLC的迎頭趕上。GPRS遠程監控系統的成功搭建也給系統監控提供了新的思路。

   參考文獻

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[ 4 ] 李強，基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的PLC分布式控制系統[J]，成都眾山科技有限公司.
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