油氣集輸是指把分散油井所產(chǎn)石油、伴生天然氣和其它產(chǎn)品集中起來(lái)，經(jīng)過(guò)必要的處理、初加工，合格的油和天然氣分別外輸?shù)綗捰蛷S和天然氣用戶(hù)的工藝全過(guò)程。節(jié)能降耗、提高效率，不斷把分散的油氣集輸各單元整合成一個(gè)具有整體行為的鏈?zhǔn)缴a(chǎn)系統(tǒng)，工藝操作更加緊密關(guān)聯(lián)。天然氣壓縮機(jī)站作為這個(gè)鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅是油田外輸氣的樞紐，也是平衡生產(chǎn)負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)。除對(duì)壓縮機(jī)本身的安全要求極高外，一旦發(fā)生故障將導(dǎo)致油氣集輸整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至?xí)U(kuò)散到下游企業(yè)。

　　某油田在2005年對(duì)壓縮機(jī)站進(jìn)行重建，引進(jìn)五臺(tái)活塞式天然氣壓縮機(jī)（包括兩臺(tái)高壓機(jī)、兩臺(tái)低壓機(jī)和一臺(tái)高低壓備用機(jī)）結(jié)合工藝實(shí)際，采用PLC技術(shù)，自主研發(fā)了天然氣壓縮機(jī)站數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)。投運(yùn)以來(lái)，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，不僅壓縮機(jī)站實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，也為油氣集輸生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、協(xié)調(diào)和優(yōu)化提供了重要的保障。

　　2數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)天然氣壓縮機(jī)站工藝復(fù)雜，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，事故危害大，需要“防患于未然”，避免事故發(fā)生。對(duì)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的總體要求是穩(wěn)定可靠、功能齊全，應(yīng)具有如下特征：**，必須具有適用于強(qiáng)震動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的硬件結(jié)構(gòu)和能與被監(jiān)控機(jī)組同周期運(yùn)行的高可靠性；第二，系統(tǒng)在機(jī)組處于任何運(yùn)行狀態(tài)或者運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，都不能丟失任何數(shù)據(jù)。要能采集和保存事故現(xiàn)場(chǎng)的全部信息，即系統(tǒng)要具有高采樣實(shí)時(shí)性和快速性；第三，系統(tǒng)應(yīng)具有符合生產(chǎn)實(shí)際狀況和需要的工程實(shí)用分析與診斷功能，使其在生產(chǎn)中充分發(fā)據(jù)同步、共享。

　　為了保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性，把整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為上、下兩層，保證各子系統(tǒng)功能專(zhuān)一、數(shù)據(jù)分散、管理集中。從功能實(shí)現(xiàn)上，上層進(jìn)行日常輔助管理和主要信息收集；下層完成現(xiàn)場(chǎng)基站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證整個(gè)壓縮機(jī)站的日常生產(chǎn)安全、平穩(wěn)、高效。整個(gè)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)共分為四個(gè)部分：①現(xiàn)場(chǎng)基站監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、管理；②現(xiàn)場(chǎng)ESD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。完成重點(diǎn)部位與天然氣泄漏的監(jiān)控管理；③上位管理機(jī)設(shè)計(jì)。完成數(shù)據(jù)共享與集中管理的目的；④網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成數(shù)據(jù)的傳輸結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)安全共享。具體分析與設(shè)計(jì)如下。

　　21現(xiàn)場(chǎng)基站監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)每一臺(tái)活塞式壓縮機(jī)需要實(shí)時(shí)監(jiān)視的測(cè)量參數(shù)包括電機(jī)電流、反應(yīng)器進(jìn)氣壓力和排氣壓力、產(chǎn)物流量、繞組溫度、氣缸溫度、潤(rùn)滑油壓力和溫度、儀表風(fēng)壓力、冷卻水壓力、潤(rùn)滑油液位、冷卻水液位等?；颈O(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)控每臺(tái)壓縮機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，具體要求：實(shí)時(shí)地、真實(shí)地反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)的正常工作，防止意外事故發(fā)生；對(duì)系統(tǒng)中主要元件，如電機(jī)、閥門(mén)及其他伺服元件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)故障進(jìn)行顯示及報(bào)警；顯示系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象（如溫度、壓力等）的當(dāng)前值，并支持通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)；預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)未來(lái)的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)將要發(fā)生的故障進(jìn)行報(bào)警，并給出故障處理方法及措施。

　　為了保證系統(tǒng)的兼容性與一致性，下位機(jī)全部采用西門(mén)子SMATES7系列PLQ其中，選用一臺(tái)S7-00控制器對(duì)冷卻水液位、潤(rùn)滑油液位等外圍參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與控制，選用三臺(tái)S7-300控制器分別對(duì)兩臺(tái)低壓壓縮機(jī)組和一臺(tái)高低壓備用壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，而對(duì)兩臺(tái)高壓壓縮機(jī)組的監(jiān)控則由兩臺(tái)S7-200來(lái)完成。在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)應(yīng)五臺(tái)壓縮機(jī)組設(shè)置五臺(tái)西門(mén)子SMATCTP270觸摸屏，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控與操作。在對(duì)上位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)布方面，四臺(tái)S7-300控制器通過(guò)生產(chǎn)以太網(wǎng)，兩臺(tái)S7- 200控制器使用S7-2⑴系列以太網(wǎng)專(zhuān)用模塊通過(guò)西門(mén)子發(fā)布的PCAccessOPC軟件與上位機(jī)通訊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程監(jiān)控和調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)視、診斷的三級(jí)管理模式，即數(shù)據(jù)采集（EmerrencyShfdSnaDeSe）緊i急停車(chē)系統(tǒng)正正是！結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖rights 24基于系統(tǒng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)241網(wǎng)絡(luò)需求描述壓縮機(jī)站采集的實(shí)時(shí)信息是企業(yè)生產(chǎn)信息的重要組成部分，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求是：①能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PK：與車(chē)間、生產(chǎn)指揮部門(mén)間的高速數(shù)據(jù)傳輸；②必須滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)防爆要求；③各PUC與上層管理系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享的快速響應(yīng)；④可靠性高，維修、維護(hù)方便，為今后更廣泛的數(shù)據(jù)共享提供互聯(lián)端口。

　　通過(guò)分析，為天然氣壓縮機(jī)站數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了上、中、下三層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如所示。其中，**層為現(xiàn)場(chǎng)PLC層。該層主要完成現(xiàn)場(chǎng)單元機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)設(shè)定。共有六臺(tái)PLQ分別用于五臺(tái)機(jī)組和外圍管線的現(xiàn)場(chǎng)控制，也稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)控制單元。第二層為車(chē)間級(jí)管理層。該層主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中管理、監(jiān)測(cè)和各機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行。第三層為公司級(jí)管理層。該層主要完成壓縮機(jī)站部分的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)收集和曲線分析，便于生產(chǎn)指揮人員及時(shí)平衡各運(yùn)行裝置的生產(chǎn)。

　　242網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)從現(xiàn)場(chǎng)PIC情況看，由于五臺(tái)機(jī)組PIC和一臺(tái)外圍管線PIC采用的西門(mén)子SMATCS7系列PIC該產(chǎn)品具有支持TCP/P協(xié)議端口。據(jù)此我們摒棄了以往工控場(chǎng)所常見(jiàn)的環(huán)行組網(wǎng)、動(dòng)態(tài)DDE等模式，采用以太網(wǎng)作為該數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)集成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)**。

　　在現(xiàn)場(chǎng)層采用光纖布設(shè)，將光電轉(zhuǎn)換部分置于機(jī)組電氣防爆箱中，很好地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)PIC的以太網(wǎng)連接，達(dá)到了防爆要求，避免了現(xiàn)場(chǎng)的大型電磁干擾。

　　在車(chē)間級(jí)中控層，采用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)中控室各工作站與現(xiàn)場(chǎng)PIC的數(shù)據(jù)交換。

　　T>在車(chē)間級(jí)與公司級(jí)的聯(lián)網(wǎng)中9由于生產(chǎn)、辦公的。，兩種需求，為了降低成本，采用同纜分芯方法，將生產(chǎn)網(wǎng)獨(dú)立出來(lái)，避免“病毒”侵害等危險(xiǎn)發(fā)生而影響正常生產(chǎn)管理。同時(shí)將壓縮車(chē)間的辦公微機(jī)直接接入公司局域網(wǎng)。

　　3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用用基本元件或圖形庫(kù)中對(duì)象制作生產(chǎn)工藝流程監(jiān)控界面，并將變量與每個(gè)對(duì)象連接，也就相當(dāng)于界面中各個(gè)對(duì)象與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連，從而可在上位機(jī)界面中監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行信息。系統(tǒng)提供了如下功能：機(jī)組工況總覽、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、機(jī)組動(dòng)態(tài)流程、趨勢(shì)顯示、組態(tài)報(bào)警、棒圖顯示、比例積分微分環(huán)節(jié)（PD）調(diào)節(jié)、報(bào)表打印及探頭布置、火災(zāi)邏輯圖、可燃?xì)膺壿媹D、可燃?xì)馓筋^狀態(tài)圖、火災(zāi)報(bào)警記錄等。

　　天然氣壓縮機(jī)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的投產(chǎn)運(yùn)行，保障了企業(yè)天然氣壓縮外供任務(wù)的順利完成，有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

　　在設(shè)計(jì)思路上，由于考慮到今后的安全保障和日常維修、維護(hù)，我們應(yīng)用當(dāng)前國(guó)際上流行的工業(yè)監(jiān)控集散思想進(jìn)行總體框架設(shè)計(jì)，采用西門(mén)子SMAT-C系列PC作為基站數(shù)控的核心底層平臺(tái)；采用WiCC組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)軟、硬件結(jié)合和上位機(jī)系統(tǒng)的管理應(yīng)用。應(yīng)用光纖以太網(wǎng)組建數(shù)據(jù)快速共享通道，不但達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)的高防爆要求，而且減少了以往的通訊環(huán)節(jié)多，協(xié)議轉(zhuǎn)換復(fù)雜等情況。降低了投資成本，為今后的維護(hù)提供了便利。

　　在保障安全上，集成的ESD系統(tǒng)從本質(zhì)上起到了保障安全的作用，將安全事故的隱患發(fā)生降到了*低。在管理上，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使裝置的工作效率得到極大改善，提高了基層崗位人員在線監(jiān)控裝置運(yùn)行的能力，也為生產(chǎn)指揮人員平衡生產(chǎn)運(yùn)行提供了實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)。

　　在節(jié)能上，由于采用監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)機(jī)組的工況進(jìn)行在線分析，減少故障停機(jī)次數(shù)和檢修周期，降低了經(jīng)營(yíng)成本。

　　4結(jié)束語(yǔ)天然氣壓縮機(jī)組過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式控制架構(gòu)，單機(jī)控制功能的分散提高了系統(tǒng)的可靠性，監(jiān)視和操作集中增強(qiáng)了系統(tǒng)功能。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)、高效運(yùn)行帶來(lái)了極大的幫助作用。雖然在該監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，取得了一些成果，但在監(jiān)控領(lǐng)域以及故障診斷領(lǐng)域，還有很多工作需要繼續(xù)研究，例如故障診斷功能及系統(tǒng)容錯(cuò)功能需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。對(duì)于復(fù)雜的大型工業(yè)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出一套集監(jiān)控、分析、診斷和顯示于一身的專(zhuān)家系統(tǒng)，是未來(lái)的工作目標(biāo)。