FCS與DCS技術(shù)對比及注入站控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析

在注聚系統(tǒng)中，計量與測控儀表主要包括：母液罐液位測控報警、母液匯管壓力、輸液泵出口壓力、母液流量計、清水流量計顯示、聯(lián)鎖、控制等。近年來隨著注聚系統(tǒng)工藝不斷改進和控制儀表技術(shù)不斷完善，基本解決了三次采油注聚工藝對地面工程技術(shù)的要求。本文通過對在用兩種控制技術(shù)應用進行對比分析，對計量儀表在注入站上的應用情況分析，對應用中存在的問題及解決措施提出合理化建議，以期達到探索注聚工藝與儀表結(jié)合優(yōu)化運行，節(jié)約和降低成本，實現(xiàn)企業(yè)效益*大化的目的。

1.FCS與DCS應用技術(shù)對比

目前，油田注入站控制模式有三種：常規(guī)儀表控制、現(xiàn)場總線控制(FCS)及集散控制(DCS)。

1.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)原理

現(xiàn)場總線技術(shù)是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場儀表與控制室內(nèi)的自動控制系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點、雙向通信的數(shù)據(jù)總線。該技術(shù)將可編程控制器(PLC)取消，把DCS的控制功能下放到現(xiàn)場，由現(xiàn)場智能儀表完成數(shù)據(jù)采集與處理，控制運算和數(shù)據(jù)輸出等功能。

大慶油田采油二廠南四東、南四西、南三西聚合物注入站采用FCS控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場DXLON控制、采集模塊采集一次儀表數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，由數(shù)據(jù)總線連接到中央控制機上。完成了控制系統(tǒng)的實時動態(tài)畫面顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢顯示、報警記錄及報表打印等生產(chǎn)管理。實現(xiàn)了儲罐液位指示、報警；單井注水量和聚合物注入量的計量；聚合物母液來液量計量；注入泵出口壓力指示、報警、聯(lián)鎖，注入泵入口匯管壓力指示、報警、聯(lián)鎖及來液流量的監(jiān)測控制等。

1.2 集散控制系統(tǒng)特點

用在注聚工藝控制系統(tǒng)的DCS控制是采用工控機作為操作站，PLC作為控制站，它們之間通過網(wǎng)絡連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)、傳達操作指令，其特點是分散控制集中管理。

由于置于主控室內(nèi)的控制站采樣輸入來自現(xiàn)場儀表，每一路I/O信號均需在現(xiàn)場與主控室之間傳輸。因此，存在信號電纜多、抗干擾能力差、維修困難和其整體可靠性降低等缺點。除此之外，目前因DCS控制系統(tǒng)的硬件各異，且軟件與通信協(xié)議各家專用無法兼容，使用戶在功能擴展上受制于原程序開發(fā)商。

1.3現(xiàn)場總線與集散控制系統(tǒng)對比分析

(1)硬件投資對比分析。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場的智能儀表具有互接執(zhí)行各種信號控制、計算、調(diào)節(jié)功能，因而不需要單獨的調(diào)節(jié)器及計算單元，也不需要DCS系統(tǒng)信號調(diào)解、轉(zhuǎn)換等功能單元以及復雜的接線，從而節(jié)省硬件投資。注入站FCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相比，僅硬件投資費可節(jié)約10萬元。

(2)安裝費用分析?，F(xiàn)場總線的接線十分簡單，一條雙絞線通?？梢話旖佣嗯_儀表。因而節(jié)省了大量電纜、端子排和橋架等；接口與連線校對安裝的工作量也較少，當需要增加現(xiàn)場控制儀表時，直接接入原系統(tǒng)，軟件費用和施工費用與DCS相比也要減少。

(3)系統(tǒng)性能分析?，F(xiàn)場總線技術(shù)使用戶可以自由選擇不同廠商所提供設備來構(gòu)成系統(tǒng)控制，各類設備、軟件及接口實行兼容協(xié)議。DCS系統(tǒng)現(xiàn)場儀表與控制室設備采用點對點連接，集中與分散相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，而FCS系統(tǒng)一次儀表與模塊在現(xiàn)場串接，通過一條通信線傳輸?shù)接嬎銠C上，實現(xiàn)了控制功能的徹底分散，簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，設備間的連線減少，減少了信號的往返傳輸帶來的信號干擾，提高了系統(tǒng)工作的可擴展性、可靠性、安全性,便于管理與維護。

2.注入站控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析

2.1 注入站母液流量混合比控制優(yōu)化

(1)混合比控制流程。注入站聚合物、清水注入量要按照地質(zhì)方案施行，目前大慶油田采油二廠注入站采用混合比自動調(diào)節(jié)閥控制器調(diào)節(jié)母液輸入量，其控制流程是：混合比自動調(diào)節(jié)閥控制器采集聚合物母液流量計及清水流量計的流量反饋信號后；與設定值進行對比、運算，輸出控制信號控制母液調(diào)節(jié)閥，完成聚合物與清水混合稀釋注入井中。

(2)控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化。由于新建注入站都采用微機控制系統(tǒng)，因此，混合比自動調(diào)節(jié)閥控制器所實現(xiàn)的功能可通過計算機系統(tǒng)完成，并可以節(jié)約系統(tǒng)設備費用。以南4西1號注入站為例，設計用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)母液控制功能，DXLON控制模塊采集聚合物母液流量計及清水流量計的流量反饋信號后，與設定值進行對比、運算，輸出開關(guān)控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，控制母液的排量。實現(xiàn)這一功能，只需現(xiàn)場DXLON控制模塊中，增加開關(guān)量輸入、輸出模塊各兩塊，控制功能通過計算機軟件編程，即可實現(xiàn)母液控制閥的狀態(tài)檢測及控制功能。

(3)經(jīng)濟效果分析。以大慶油田采油二廠南4西1號注入站為例，安裝13臺混合比控制器按每臺0.9萬元計算，共需11.7萬元，而用計算機控制母液量需增設接口板費用約4萬元，預測可節(jié)約投資7.7萬元。大慶油田采油二廠采用工控機檢測的15座注入站共329口井，若每口井都節(jié)省混合比控制器費用，約可節(jié)省194萬元，為此在今后新建站中，建議考慮此方案，以減少投資。

2.2 注入站母液液位控制優(yōu)化

母液罐液位控制采用母液液位控制柜，控制流程為：母液罐液位檢測信號給控制調(diào)節(jié)裝置，控制電動閥的輸出，該裝置安裝在閥組間或泵房內(nèi)，就地自動控制，顯示遠傳至值班室，這種控制存在的弊端是：①控制裝置離值班室較遠，給液位控制帶來不便；②控制設備繁瑣，投資加大。為此建議對其進行改進，改進方案如下：①對于采用常規(guī)儀表控制的站，在控制室加裝調(diào)節(jié)器取代母液液位控制柜；②對于計算機控制的注聚站，可直接加裝控制模塊或利用其冗余模塊作為調(diào)節(jié)機構(gòu)，這樣每個站可節(jié)約資金1.5萬元。

另外各別注入站，動力控制柜與儀表盤設計在一個盤柜里，強、弱電設計在一起，給儀表維護的安全帶來隱患。同時，強電場對儀表干擾大，影響儀表監(jiān)測、傳輸、控制的準確性。為此，建議分設儀表控制柜和動力控制柜。

3.結(jié)論及建議

通過對注入站、注水井計量與測控儀表系統(tǒng)的應用分析，得出以下結(jié)論：

(1)FCS與DCS系統(tǒng)相比，不僅可以節(jié)約投資成本，而且抗干擾性強、穩(wěn)定性好、便于維護，建議在今后新建注入站計算機控制中采用此控制技術(shù)。

(2)對新建微機控制的注入站，將各井母液與清水混合比控制納入微機系統(tǒng)檢控，替代混合比控制器，建議新建站將該功能納入微機控制。

(3)用微機系統(tǒng)或調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)母液罐液位控制，取代母液罐液位調(diào)節(jié)裝置。