油气输油计量系统设计

油气输油计量系统设计摘要为了提高油气管线的输送质量，在线检测输送管线的流量、压力和温度等参数，设计一套油气输送管线自动控制系统具有极其重要的现实意义。本文首先分析了油气实训基地油气计量管汇系统的工艺流程，在基础上，采用西门子的S7300系列PLC和WINCC组态软件，构建了油气计量控制系统的实施方案，以实现16路油气输送管线压力、温度和流量的测量及其管路压力控制。其次，基于系统的硬件需求，完成了控制系统需要的PLC模块、电源和配套低压电器的选型设计，并按照相应的输入输出信号，编写了PLC地址表，设计了相应的电气图。最后，基于控制系统的功能需求，采用STEP7和WINCC平台，分别设计和调试了PLC控制程序和上位机监控程序。仿真调试结果表明，本文设计的输油计量系统可以实现管路压力、温度和流量数据的处理、显示、存储、分析和计量等功能，基本达到预期的目标。关键词输油管线测量与控制PLCWINCCABSTRACTINORDERTOIMPROVETHEQUALITYOFOILANDGASPIPELINESTRANSPORTONLINEDETECTIONCONVEYINGPIPELINEFLOWRATE,PRESSUREANDTEMPERATUREPARAMETERSOILANDGASTRANSMISSIONPIPELINEDESIGNOFANAUTOMATICCONTROLSYSTEMHASIMPORTANTREALISTICSIGNIFICANCETHISPAPERFIRSTANALYZESTHEHYDROCARBONTRAININGBASEOILANDGASMETERINGTUBEREMITSYSTEMPROCESSINTHEBASIS,ADOPTSIEMENSS7300SERIESPLCANDWINCCCONFIGURATIONSOFTWARECONSTRUCTIONOFTHEOILANDGASMETERINGCONTROLSYSTEMIMPLEMENTATIONPLANINORDERTOACHIEVE16ROADCONVEYORLINEPRESSUREANDOILANDGASTEMPERATUREANDFLOWMEASUREMENTANDLINEPRESSURECONTROLSECONDLY,BASEDONTHESYSTEMHARDWAREREQUIREMENTSCOMPLETEDTHECONTROLSYSTEMOFPLCMODULES,POWERNEEDSANDSUPPORTINGLOWVOLTAGESELECTIONDESIGNACCORDINGTOTHECORRESPONDINGINPUT/OUTPUTSIGNAL,WRITEAPLCADDRESSTABLEANDDESIGNTHECORRESPONDINGELECTRICALDIAGRAMSFINALLY,BASEDONCONTROLOFTHEFUNCTIONALREQUIREMENTSOFTHESYSTEMDESIGNANDDEBUGRESPECTIVELYPLCCONTROLPROCEDURESANDPCMONITORINGPROGRAMBYSTEP7ANDWINCCPLATFORMSIMULATIONDEBUGGINGRESULTSINDICATETHISDESIGNOILMEASUREMENTSYSTEMCANREALIZELINEPRESSURE,TEMPERATUREANDFLOWDATAPROCESSING,DISPLAY,STORAGE,ANALYSISANDMEASUREMENTETCFUNCTIONBASICACHIEVETHEDESIREDOBJECTIVESKEYWORDSOILPIPELINE；MEASUREMENTANDCONTROL；PLC；WINCC目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111课题的来源112课题背景及意义113国内外现状与发展趋势1131国内的现状与发展趋势1132国外的现状及发展趋势214课题的主要内容315本章小结32输油管汇工艺流程与方案设计421输油管汇系统的组成4211流量检测仪表4212压力检测仪表5213温度检测仪表5214流量控制阀6215管汇722输油控制系统的工作原理723输油控制系统方案设计8231控制系统结构8232硬件实现方案8233软件实现方案824流量控制算法925本章小结93控制系统硬件设计1031输入输出信号与控制回路10311输入输出信号10312控制回路10313I/O信号编址表1032元器件选型设计10321PLC模块配置与选型设计10322低压电器选型设计11323电源选型设计1233PLC电气图设计12331电源回路12332模拟量输入/输出回路图12333接线端子图1234本章小结124PLC控制程序设计1341控制程序的结构与块定义1342主要控制程序14421模拟量采集与转换14422管路流量累积程序16423管路流量控制程序17424PLC控制程序调试1843本章小结195上位机监控系统2051上位机监控系统的实现方法2052监控系统的需求分析与功能规划2153变量组态2254主界面的设计2255HMI与PLC的通信与调试2456本章小结266总结与展望27致谢28参考文献29附录1变量编址表附录2电气接线图附录3程序清单如有需要联系QQ9241099231绪论11课题的来源本课题研究是围绕学校石油与天然气工程实践教学基地建设的项目。其目标是使用西门子S7300系列PLC系统及其HMI组态软件实现油气实训基地输油区域16个输油管路压力、温度和流量的测量和控制，完成相关的数据处理、显示、存储、分析和计量等功能。12课题背景及意义能源竞争已成为当代国际竞争的重要内容。我国要持续保持高速发展，一定要加快石油等重要资源的勘探开发，衔接供需，为保持经济平衡较快发展提供条件。新世纪的头一个五年计划开局良好，能源生产总量和能源消费总量双双创造了历史最高记录，有力地保证和促进了国民经济的快速增长。随着网络信息化的飞速发展和生产数据的日积月累，采用传统的管理方式和数据手工记录模式已不能满足现代企业的发展要求。生产信息的实时采集、数据统计和查询的网络化已成为现代企业提高工作效率，降低生产成本的有效手段。要实现现场数据和设备信息的实时采集和数据分析，指令的远程下达以及对设备的控制等功能，迫切要求分布广泛的现场生产数据实现网络化。为确保输油管线运行正常，方便对输油管线进行实时控制，有必要设计一种可实现对输油管线流量、压力等参数进行实时监控的系统。本课题旨在采用现代化信息技术手段，解决输油管线流量、压力及温度的实时监控，以便及时的规划和调整，提高控制系统测量精度，增强控制系统实用性，更好的为油田生产服务，为国家能源提供贡献自己的力量，为国民经济的蓬勃发展服务1。13国内外现状与发展趋势131国内的现状与发展趋势我国尚未形成天然气计量的系统标准2。目前，国内在天然气计量中采用SY/T61431996天然气流量的标准孔板计量方法、GB/T110621998天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法等标准，但这些标准尚没有覆盖天然气计量的各个方面，特别是在天然气贸易计量中缺乏天然气计量系统统一的、系统的技术标准。为了适应我国天然气日益国际化的需要，必须加快我国天然气计量标准的国际接轨。随着中国加入WTO，外资企业不断进入我国天然气市场以及引进国外天然气的可能性越来越大，天然气计量与国际接轨已经成为一种必然趋势。综合分析表明，原油计量技术有以下发展趋势3向仪表方向发展随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、读数方便的流量计。如用于天然气计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。向高精度方向发展我国油田多进入开发后期，需要准确及时的了解油井的生产状况，为生产管理提供真实可信的数据，对油井计量精度的要求必然越来越高。向快速化方向发展为了实时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时的测量，因此必须提高油井计量速度。向自动化、智能化方向发展自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。三相分离计量、两相分离计量和不分离计量的研究和应用将会得到越来越广泛地重视。同时，国内许多油田不断地在对天然气计量系统技术进行改造，辽河油田近几年对天然气计量系统进行了技术改造，应用高级孔板阀、智能检测仪表、计算机控制、管理、网络通信技术和设备，将分布在油田各采油厂的天然气井、站的生产过程数据，通过无线和有线方式传输到生产管理和决策部门终端，并有效提高了天然气计量系统运行的可靠性、操作的连续性、计量的准确性，使天然气计量管理过程实现了自动化。132国外的现状及发展趋势国外早在二十世纪五十年代已开始应用监测和数据采集SCADA系统，现已发展为大型的油田自动化管理CAO系统如壳牌公司。目前在美国各油气田使用的美国MDS公司的SCADA系列电台达到6万多台，是油田SCADA系统的首选设备，美国新墨西哥州的利阿油田，6000口油井全部安装了MDS公司的电台4。随着通信技术的发展，SCADASUPERVISORYCONTROLANDDATAACQUISITION即监控与数据采集系统越来越多地应用于油田生产控制与管理中。SCADA系统与在油气开采中的处理设备上的检测仪表和控制设备直接相连接，这样连接能够实时和不断地获取检测仪表所检测到的运行信息。SCADA系统主要是面向操作人员的需要，也可以为多用途提供操作、计算、管理和经营等功能。国外有些油田SCADA系统实现了注气、注水的优化控制运行。SCADA能够把远程独立的单个油田作业变成一个具有许多紧密相关功能的综合加工过程，SCADA已具有为相互联系的处理作业的最优化提供定时获得操作信息的能力。随着技术集输工艺上计量站的形成和中心处理站简称联合站的产生，集散控制系统DISTRIBUTECONTROLSYSTE