新墨西哥天然氣現場自動化控制系統(tǒng)分析(上)
| 休斯頓GPM天然氣公司是Phillips石油公司的的子公司，該公司已經實現了現場自動化控制系統(tǒng)（FACS），使該公司能夠遠程監(jiān)視其在新墨西哥區(qū)的天然氣的生產運行。 該系統(tǒng)有助于提高工作效率和減少雇員人數。 現在操作員可以準確地監(jiān)測和控制天然氣采集、增壓器、以及工廠的運作。該系統(tǒng)能夠實現遠程監(jiān)控和測量氣體源頭在處理過程中的氣體流速、溫度、以及壓力 。 現在，向GPM系統(tǒng)供應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的每個計量器實時的生產信息。 三個組成部分 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10,000平方英里，包括4個天然氣工廠和25個氣體增壓站（圖1）。 天然氣是從1800米沿線上的大約300個開采者那購買的。 在過去，流量信息是每7天通過人工方式收集一次。工作人員每天對每個增壓器檢查一次，天然氣加工廠則是每天24小時值班。 1991年，GPM發(fā)現通過最新的通信和控制技術可以實現一種更有效的和反應更快的運行方式。 FACS包括三個功能部件：使用遙測技術的電子流量計量裝置（EFM）、增壓器監(jiān)視控制和數據采集系統(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算機進行管理的，但是它們都能夠使用Novell軟件通過廣域網共享數據和信息。 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臺計算機進行操作和控制。另外，通過公司的廣域通信網，GPM的Odessa、Tex和Houston辦公室也可以訪問到FACS系統(tǒng)的信息。 使用遙測技術的EFM GPM使用俄克拉荷馬州Bartlesville地區(qū)AAI公司的Total Flow 產品作為它的主要電子流量計。 這是一種基于微處理器的計算機，主要為氣體流量測量而設計的。電路壓縮成一塊大的單板上，并安裝在澆鑄的鋁殼里。因為外殼上的NEMA-4X Class 1Division 2/ABCD 的性能，設備在安裝時不需要對元件進行額外的保護。（圖2） GPM的技術人員校正用在GPM天然氣公司最近在新墨西哥安裝的自動化系統(tǒng)上的電子流量計量(EFM)儀器（圖2）。 EFM設備配有100-in的差分傳感器，靜態(tài)傳感器的范圍從100至1,500 psia，用于對主要的 流量元件的測量。由于大氣的溫度的變化較大，為提高測量精確度，使用了溫度補償壓力傳感器。 在系統(tǒng)工作區(qū)域內，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。溫度補償傳感器減小了由于溫度變化引起的氣體測量的誤差。 此外，還安裝了遠程溫度裝置（RTD）探頭來調整因氣體流動而引起的溫度的變化。 這種流量計算機每秒鐘測量一次管孔的流動狀態(tài)，并不斷積累信息，以便每小時計算一次體積流量。 每小時計算出的流量與后面每小時的流量數據一起保存在EFM的存儲器中，用于積累35天的信息。 保留在EFM存儲器中的35天的流量信息只作為每天通過無線電遙測向中央計算機發(fā)送的流量數據的備份。 除了要擴大后部的終端箱來容納微波無線收發(fā)機外，購買電子流量記錄器時不需要對無線遙測提出附加要求。 當需要進行無線遙測時，則安裝內置通信卡，用于固定無線電設備的鉸連板，無線收發(fā)器、線束、以及一個附帶的8安培 /小時的蓄電池。 設備的電源由安裝在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)裝了無線遙測設備，太陽能電池板還向無線遙測裝置提供電源。 在無線系統(tǒng)的設計中，數據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間而受到限制，GPM認為使用高的數據速率傳輸是很有必要的。為使系統(tǒng)得到******容量、******的性價比，將無線系統(tǒng)設備工作的通信速度設定為4800波特。 同時，為了將干擾降到最小，無線系統(tǒng)頻率采用950Mhz多地址頻率。經準許建立了三個高海拔的中繼塔以覆蓋整個工作區(qū)域。 假定接收信號強度最低為-110 dbm時，每個中繼塔的覆蓋范圍可達7,500平方英里。通過對三個中繼塔合理定位，使它們能夠連續(xù)地覆蓋工作區(qū)域。 MDS全雙工數字電臺可用作中繼站，也可用作位于Hobbs的輪詢主站。 每一個無線設備在購買時都帶有“開機”備份設備和電池備份，這樣能夠確保將主鏈路的中斷降到最小。 每個EFM中的無線電臺是帶有全數字調制解調器和收發(fā)器的單向無線設備。頻率合成設計使單獨的無線電設備能夠對使用的指定的中繼器進行站點編程。遠程電臺使用高增益的七振子天線，以確保信號質量好，噪聲最低。 該項目所需要的饋線是高質量的泡沫絕緣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為考慮了野外操作時會遇到的的惡劣的工作環(huán)境。 EFM系統(tǒng)從氣體測量的采集系統(tǒng)中的1,500臺流量計算機采集和輪詢數據。 系統(tǒng)的功能包括實時調入／報警調出能力、向用于結算的主機傳輸流量數據、以及每日報表（即，氣體平衡、丟失的數據、以及數據變化報告）。 計算機支援 計算機支援系統(tǒng)包括五臺運行應用自動化軟件、Novell軟件、以及用戶定制的GPM軟件的計算機。 IBM 80型文件服務器是運行在25Mhz、帶320 mb的內部SCSI硬驅動器（用于系統(tǒng)文件和制造商的軟件）、兩個外部600 mb的硬驅動器的對用戶文件）。 這臺機器使用Novell Netware 386網絡軟件（版本3.1修正版A），并且通過IBM令牌網連接到其它的計算機上。通過對外部優(yōu)先級高的硬驅動器進行鏡象，提供所有存儲數據的備份。 文件服務器除了用于氣體測量以外，工作人員還可使用它的普通商業(yè)功能，例如文字處理、電子數據表分析、以及圖形文件。 通信服務器為局域網工作站到微波數據系統(tǒng)輪詢遠程無線電臺提供接口。這種通信計算機是20Mhz的IBM 70型計算機。 這臺機器包含一塊Digicom PS/8接口卡，最多可以通過RS-232電纜連接5個主站電臺。它訪問文件服務器上的保存的一個目錄，來采集并通過“郵箱”方式響應通信請求。 把兩個機器用作自動工作站可實現更高級的功能。第一臺機器是運行應用自動化公司的中央采集單元軟件的數據采集機。 該機器負責每天從所有的遙測EFM采集數據，更新中央文件服務器上的單個的計量文件，產生丟失數據和每日平衡報告，并把生成的報告?zhèn)髡嫒私o開采者和GPM人員，同時把數據發(fā)送到Phillips石油公司的IBM主機。數據傳輸是每晚訪問廣域網來實現。 |
