新墨西哥天然氣現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析(上)
| 休斯頓GPM天然氣公司是Phillips石油公司的的子公司，該公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（FACS），使該公司能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視其在新墨西哥區(qū)的天然氣的生產(chǎn)運(yùn)行。 該系統(tǒng)有助于提高工作效率和減少雇員人數(shù)。 現(xiàn)在操作員可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和控制天然氣采集、增壓器、以及工廠的運(yùn)作。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和測(cè)量氣體源頭在處理過程中的氣體流速、溫度、以及壓力 。 現(xiàn)在，向GPM系統(tǒng)供應(yīng)天然氣的開采者可以通過電話或傳真訪問連接到他們的井場(chǎng)的每個(gè)計(jì)量器實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息。 三個(gè)組成部分 GPM在新墨西哥區(qū)每天采集和處理天然氣大約為260MMcfd。該區(qū)面積達(dá)10,000平方英里，包括4個(gè)天然氣工廠和25個(gè)氣體增壓站（圖1）。 天然氣是從1800米沿線上的大約300個(gè)開采者那購買的。 在過去，流量信息是每7天通過人工方式收集一次。工作人員每天對(duì)每個(gè)增壓器檢查一次，天然氣加工廠則是每天24小時(shí)值班。 1991年，GPM發(fā)現(xiàn)通過最新的通信和控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種更有效的和反應(yīng)更快的運(yùn)行方式。 FACS包括三個(gè)功能部件：使用遙測(cè)技術(shù)的電子流量計(jì)量裝置（EFM）、增壓器監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）、以及工廠控制和優(yōu)化。 系統(tǒng)中的每一部件都是由控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理的，但是它們都能夠使用Novell軟件通過廣域網(wǎng)共享數(shù)據(jù)和信息。 目前FACS系統(tǒng)通過位于GPM Hobbs 總部、Eunice工廠、Zia工廠、以及Lee工廠（全部都在N.M.的Lea地區(qū)）的10臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作和控制。另外，通過公司的廣域通信網(wǎng)，GPM的Odessa、Tex和Houston辦公室也可以訪問到FACS系統(tǒng)的信息。 使用遙測(cè)技術(shù)的EFM GPM使用俄克拉荷馬州Bartlesville地區(qū)AAI公司的Total Flow 產(chǎn)品作為它的主要電子流量計(jì)。 這是一種基于微處理器的計(jì)算機(jī)，主要為氣體流量測(cè)量而設(shè)計(jì)的。電路壓縮成一塊大的單板上，并安裝在澆鑄的鋁殼里。因?yàn)橥鈿ど系腘EMA-4X Class 1Division 2/ABCD 的性能，設(shè)備在安裝時(shí)不需要對(duì)元件進(jìn)行額外的保護(hù)。（圖2） GPM的技術(shù)人員校正用在GPM天然氣公司最近在新墨西哥安裝的自動(dòng)化系統(tǒng)上的電子流量計(jì)量(EFM)儀器（圖2）。 EFM設(shè)備配有100-in的差分傳感器，靜態(tài)傳感器的范圍從100至1,500 psia，用于對(duì)主要的 流量元件的測(cè)量。由于大氣的溫度的變化較大，為提高測(cè)量精確度，使用了溫度補(bǔ)償壓力傳感器。 在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，溫度從冬天0°F℉的低溫到夏天100°F℉的高溫的季節(jié)性變化是很常見的。溫度補(bǔ)償傳感器減小了由于溫度變化引起的氣體測(cè)量的誤差。 此外，還安裝了遠(yuǎn)程溫度裝置（RTD）探頭來調(diào)整因氣體流動(dòng)而引起的溫度的變化。 這種流量計(jì)算機(jī)每秒鐘測(cè)量一次管孔的流動(dòng)狀態(tài)，并不斷積累信息，以便每小時(shí)計(jì)算一次體積流量。 每小時(shí)計(jì)算出的流量與后面每小時(shí)的流量數(shù)據(jù)一起保存在EFM的存儲(chǔ)器中，用于積累35天的信息。 保留在EFM存儲(chǔ)器中的35天的流量信息只作為每天通過無線電遙測(cè)向中央計(jì)算機(jī)發(fā)送的流量數(shù)據(jù)的備份。 除了要擴(kuò)大后部的終端箱來容納微波無線收發(fā)機(jī)外，購買電子流量記錄器時(shí)不需要對(duì)無線遙測(cè)提出附加要求。 當(dāng)需要進(jìn)行無線遙測(cè)時(shí)，則安裝內(nèi)置通信卡，用于固定無線電設(shè)備的鉸連板，無線收發(fā)器、線束、以及一個(gè)附帶的8安培 /小時(shí)的蓄電池。 設(shè)備的電源由安裝在EFM裝置上面的12V、10W的太陽能電池組提供。太陽能電池板向EFM提供電源，如果發(fā)裝了無線遙測(cè)設(shè)備，太陽能電池板還向無線遙測(cè)裝置提供電源。 在無線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)速率是最重要的考慮因素之一。由于許多系統(tǒng)速率都因發(fā)射氣體流量信息在空中的傳輸時(shí)間而受到限制，GPM認(rèn)為使用高的數(shù)據(jù)速率傳輸是很有必要的。為使系統(tǒng)得到******容量、******的性價(jià)比，將無線系統(tǒng)設(shè)備工作的通信速度設(shè)定為4800波特。 同時(shí)，為了將干擾降到最小，無線系統(tǒng)頻率采用950Mhz多地址頻率。經(jīng)準(zhǔn)許建立了三個(gè)高海拔的中繼塔以覆蓋整個(gè)工作區(qū)域。 假定接收信號(hào)強(qiáng)度最低為-110 dbm時(shí)，每個(gè)中繼塔的覆蓋范圍可達(dá)7,500平方英里。通過對(duì)三個(gè)中繼塔合理定位，使它們能夠連續(xù)地覆蓋工作區(qū)域。 MDS全雙工數(shù)字電臺(tái)可用作中繼站，也可用作位于Hobbs的輪詢主站。 每一個(gè)無線設(shè)備在購買時(shí)都帶有“開機(jī)”備份設(shè)備和電池備份，這樣能夠確保將主鏈路的中斷降到最小。 每個(gè)EFM中的無線電臺(tái)是帶有全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器的單向無線設(shè)備。頻率合成設(shè)計(jì)使單獨(dú)的無線電設(shè)備能夠?qū)κ褂玫闹付ǖ闹欣^器進(jìn)行站點(diǎn)編程。遠(yuǎn)程電臺(tái)使用高增益的七振子天線，以確保信號(hào)質(zhì)量好，噪聲最低。 該項(xiàng)目所需要的饋線是高質(zhì)量的泡沫絕緣RG-8電纜。它比原來考慮的傳輸電纜的性能略低，但是之所以選擇它是因?yàn)榭紤]了野外操作時(shí)會(huì)遇到的的惡劣的工作環(huán)境。 EFM系統(tǒng)從氣體測(cè)量的采集系統(tǒng)中的1,500臺(tái)流量計(jì)算機(jī)采集和輪詢數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的功能包括實(shí)時(shí)調(diào)入／報(bào)警調(diào)出能力、向用于結(jié)算的主機(jī)傳輸流量數(shù)據(jù)、以及每日?qǐng)?bào)表（即，氣體平衡、丟失的數(shù)據(jù)、以及數(shù)據(jù)變化報(bào)告）。 計(jì)算機(jī)支援 計(jì)算機(jī)支援系統(tǒng)包括五臺(tái)運(yùn)行應(yīng)用自動(dòng)化軟件、Novell軟件、以及用戶定制的GPM軟件的計(jì)算機(jī)。 IBM 80型文件服務(wù)器是運(yùn)行在25Mhz、帶320 mb的內(nèi)部SCSI硬驅(qū)動(dòng)器（用于系統(tǒng)文件和制造商的軟件）、兩個(gè)外部600 mb的硬驅(qū)動(dòng)器的對(duì)用戶文件）。 這臺(tái)機(jī)器使用Novell Netware 386網(wǎng)絡(luò)軟件（版本3.1修正版A），并且通過IBM令牌網(wǎng)連接到其它的計(jì)算機(jī)上。通過對(duì)外部?jī)?yōu)先級(jí)高的硬驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行鏡象，提供所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的備份。 文件服務(wù)器除了用于氣體測(cè)量以外，工作人員還可使用它的普通商業(yè)功能，例如文字處理、電子數(shù)據(jù)表分析、以及圖形文件。 通信服務(wù)器為局域網(wǎng)工作站到微波數(shù)據(jù)系統(tǒng)輪詢遠(yuǎn)程無線電臺(tái)提供接口。這種通信計(jì)算機(jī)是20Mhz的IBM 70型計(jì)算機(jī)。 這臺(tái)機(jī)器包含一塊Digicom PS/8接口卡，最多可以通過RS-232電纜連接5個(gè)主站電臺(tái)。它訪問文件服務(wù)器上的保存的一個(gè)目錄，來采集并通過“郵箱”方式響應(yīng)通信請(qǐng)求。 把兩個(gè)機(jī)器用作自動(dòng)工作站可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。第一臺(tái)機(jī)器是運(yùn)行應(yīng)用自動(dòng)化公司的中央采集單元軟件的數(shù)據(jù)采集機(jī)。 該機(jī)器負(fù)責(zé)每天從所有的遙測(cè)EFM采集數(shù)據(jù)，更新中央文件服務(wù)器上的單個(gè)的計(jì)量文件，產(chǎn)生丟失數(shù)據(jù)和每日平衡報(bào)告，并把生成的報(bào)告?zhèn)髡嫒私o開采者和GPM人員，同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送到Phillips石油公司的IBM主機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸是每晚訪問廣域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。 |
