田福生，王愛民，郭繼強(qiáng)

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

0 引 言

某海上采油綜合處理平臺(tái)是整個(gè)油田的中心處理平臺(tái)，油田生產(chǎn)中的所有原油都通過平臺(tái)的原油外輸泵輸送到陸地終端，如果外輸泵出現(xiàn)問題，將會(huì)直接影響到整個(gè)油田的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。在日常生產(chǎn)過程中需要時(shí)刻關(guān)注原油外輸泵的電氣參數(shù)，用以確定泵的運(yùn)行狀態(tài)是否正常；在外輸泵倒運(yùn)時(shí)就更需要實(shí)時(shí)根據(jù)泵的電流來進(jìn)行流程調(diào)節(jié)，以保證倒泵工作的順利完成，并保障倒泵時(shí)平臺(tái)生產(chǎn)流程穩(wěn)定運(yùn)行。該平臺(tái)于2000年投產(chǎn)，在投產(chǎn)時(shí)外輸泵的中壓配電盤上使用的是老式指針式電流表，泵的電流只能在平臺(tái) MCC 間的配電盤上人為讀取，且無數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，電氣參數(shù)無法外傳，設(shè)備之間數(shù)據(jù)無法共享，都是數(shù)據(jù)孤島。中控?zé)o法顯示對應(yīng)設(shè)備的電氣參數(shù)，要想知道泵的電氣參數(shù)就必須用對講機(jī)詢問 MCC 發(fā)電值班人員，或是安排電工在配電盤處值守，以隨時(shí)匯報(bào)電流。如果 MCC 發(fā)電值班人員去現(xiàn)場工作，中控就不能隨時(shí)查看外輸泵的電流；一旦泵出現(xiàn)問題，就不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，更不能及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行應(yīng)急處理。所以中控顯示外輸泵的電氣參數(shù)就顯得非常重要。

1 改造方案

目前配電盤普遍安裝有多功能表用于顯示電壓、電流等電氣參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本地顯示、存儲(chǔ)和輸出數(shù)據(jù)的功能，可以將電氣參數(shù)進(jìn)行外傳，如傳入中控系統(tǒng)，從而可以在上位機(jī)上顯示電流電壓等電氣參數(shù)。平臺(tái)中控系統(tǒng)具有 RS-485 通信接口，可以與第三方系統(tǒng)進(jìn)行 RS-485 通信。具有 RS-485 通信功能的多功能表應(yīng)用普遍，所以決定選用該多功能表來完成此次改造。

方案設(shè)計(jì)：RS-485通信抗噪干擾性好，最大通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 Mbps，RS-485總線一般可支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的RS-485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大可以支持400個(gè)節(jié)點(diǎn)，在RS-485通信距離超過100 m的情況下，要在其開始端和結(jié)束端增加終端電阻。RS-485 典型終端電阻為120 Ω，終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射。在通信過程中有2種信號(hào)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。RS-485 有兩線制和四線制2種接線。采用四線制時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信（即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備），現(xiàn)在很少采用，多采用兩線制接線方式［1］。兩線制 RS-485 只能以半雙式工作，收發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行，傳輸速率慢，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，本次改造要求的傳輸速率不高，所以采用兩線制半雙工模式。外輸泵配電盤到中控系統(tǒng)的距離約200 m，該平臺(tái)共有5臺(tái)原油外輸泵，使用 RS-485 通信不存在技術(shù)問題。為了便于后續(xù)的擴(kuò)展，本次改造選用高質(zhì)量的 RS-485 通信設(shè)備，兩端安裝有高精度電阻，使用 RS-485 專用屏蔽雙絞線，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確穩(wěn)定傳輸［2］。在配電盤上各安裝一塊智能多功能儀表替換原來的指針式電流表。智能多功能表具有RS-485 通信功能，使用 RS-485 通信線連接至中控PCS 系統(tǒng)，在中控上位機(jī)組態(tài)顯示。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

2 改造過程

2.1 配電盤改造

2.1.1 多功能表型號(hào)介紹及安裝

本次改造所使用的是 HG9620 智能多功能表。它能夠?qū)崟r(shí)測量三相交流電的各種電力參數(shù)，包括電壓、電流、功率、電度、功率因數(shù)、頻率等。HG9620智能多功能表可以直接從電壓和電流互感器接入信號(hào)，可以任意設(shè)定電壓互感器 PT 和電流互感器CT的變比，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)寬范圍的電力參數(shù)測量。HG9620 智能多功能表具有 RS-485 通信接口，支持ModBUS 協(xié)議。它能夠把采集到的各種電力參數(shù)通過通信接口傳送出去，能夠集成到任何電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以接入 SCADA、PLC 等系統(tǒng)中，通過設(shè)置通信波特率和通信地址靈活集成到配電系統(tǒng)中，與支持ModBUS 協(xié)議的業(yè)界多種軟件進(jìn)行通信（Intouch、Fix、Citec、組態(tài)王等）。

HG9620 智能多功能表提供 2 個(gè)開關(guān)量輸入、2 個(gè)開關(guān)量的繼電器輸出。開關(guān)量的輸入為干節(jié)點(diǎn)輸入，通過通信接口可以實(shí)時(shí)檢測開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)量輸出控制通過繼電器實(shí)現(xiàn)，也通過通信接口控制繼電器的開合。

外輸泵配電盤安裝的指針式電流表的開孔尺寸較小，無法直接替換安裝新的智能多功能表，需要在配電盤前面板上將原孔的尺寸進(jìn)行擴(kuò)大。最安全的方法是把盤柜面板拆卸下來進(jìn)行擴(kuò)孔，但為了保證設(shè)備能夠隨時(shí)備用，本次改造決定不拆卸面板直接在盤柜上擴(kuò)孔，這就需要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，以防止出現(xiàn)意外。外輸泵配電盤旁邊是天然氣壓縮機(jī)和注水增壓泵配電盤，均是重要設(shè)備。為了防止在施工過程中誤碰或由于振動(dòng)而導(dǎo)致壓縮機(jī)和增壓泵等周邊設(shè)備異常停機(jī)，決定在擴(kuò)孔之前先進(jìn)行設(shè)備倒運(yùn)，把擴(kuò)孔盤周邊的設(shè)備倒停。在擴(kuò)孔時(shí)為了防止鐵屑飛落到盤柜內(nèi)造成短路，需要使用防護(hù)布遮住盤柜內(nèi)部，作業(yè)完畢后還需要對盤柜內(nèi)部進(jìn)行吹掃，確保無金屬屑滯留在盤柜內(nèi)再進(jìn)行送電。周邊設(shè)備倒運(yùn)停止后，使用曲線鋸對面板進(jìn)行擴(kuò)孔，多功能表尺寸為96 mm×96 mm，擴(kuò)孔完成后把多功能表安裝在面板上。

2.1.2 多功能表供電電源及接線

智能多功能表的供電電源為220 V交流，需要提供一路220 V電源，該平臺(tái)現(xiàn)已并入海上電網(wǎng)，外輸泵的供電可靠性非常高，所以決定從平臺(tái)220 V應(yīng)急盤選取電源。單線圖如圖2所示。

圖2 多功能表供電單線圖Fig.2 Multi-function meter power supply single line diagram

按照方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，5臺(tái)多功能表分別鋪設(shè)1根RS-485 通信線到MCC間的中間接線箱，鋪設(shè)1根RS-485 通信線從MCC間到中控。RS-485 接線采用菊花鏈?zhǔn)绞掷址绞竭M(jìn)行連接，只需要1根通信線至中控就能滿足上面5臺(tái)多功能表的參數(shù)傳輸，鋪設(shè)1根3×2.5 mm2電源線從應(yīng)急配電間到 MCC 間。線路鋪設(shè)完成后，按照要求進(jìn)行校線接線［3］。

2.1.3 多功能表上電調(diào)試

接線完成后進(jìn)行全面檢查，檢查確認(rèn)正確后上電，各多功能表狀態(tài)正常。多功能表參數(shù)按照要求進(jìn)行設(shè)定（半雙工通信模式、波特率9 600、無奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位8位、停止位1位、地址等），以便于中控對相關(guān)電氣參數(shù)的讀取?，F(xiàn)場安裝完成情況見圖3。

圖3 多功能表安裝完成圖Fig.3 Multi-function meter installation completion diagram

2.2 中控組態(tài)

①外輸泵智能多功能表的數(shù)據(jù)通過 RS-485 通信傳至中控，并接入中控的備用 RS-485 端口。首先需要將備用端口設(shè)置，高級屬性中設(shè)置為RTU通信模式、主站。通信屬性設(shè)置為 RS-485 半雙工通信模式，波特率9 600，無奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位。在P02口下新建5個(gè)串口設(shè)備，對應(yīng)5臺(tái)多功能表，設(shè)備地址為多功能表的地址，確保組態(tài)地址與多功能表地址一致，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確采集。端口設(shè)置見圖4。

②在新建的串口設(shè)備下新建 Dataset 用于讀取相關(guān)的電氣參數(shù)。Dataset的DeltaV 屬性中數(shù)據(jù)類型為 16 位帶符號(hào)數(shù)，傳輸?shù)碾姎鈪?shù)讀取40個(gè)就能滿足日常使用需要。數(shù)據(jù)設(shè)置情況見圖5。

圖5 數(shù)據(jù)設(shè)置Fig.5 Data setup

③在對應(yīng)控制器下新建一個(gè) Control Module，在新建的 Control Module 內(nèi)拖入一個(gè) Input parameter，選擇外部參數(shù)鏈接到對應(yīng)的外部數(shù)據(jù)上，對應(yīng)新增的5臺(tái)智能多功能表，依次類推做好剩下的數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)的記錄存儲(chǔ)組態(tài)，然后分配到對應(yīng)控制器，并進(jìn)行下裝。下裝過程中要求生產(chǎn)人員密切關(guān)注現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，立即啟動(dòng)應(yīng)急處置。

④畫面修改，在需要顯示的畫面右擊選擇 Quick Edie 進(jìn)行畫面修改，使用 Datalink 鏈接到對應(yīng)的數(shù)據(jù)上，并將需要顯示的數(shù)據(jù)放置到合適的位置，依次做好所有的數(shù)據(jù)，進(jìn)行保存、下裝，下裝完成后運(yùn)行系統(tǒng)。與現(xiàn)場數(shù)值進(jìn)行核對，外輸泵C當(dāng)時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，中控顯示電流與 MCC 間多功能表現(xiàn)場顯示數(shù)值一致。C泵調(diào)試完成后，依次進(jìn)行剩余4臺(tái)外輸泵的調(diào)試。最終5臺(tái)外輸泵的電流都在上位機(jī)上正確顯示，并且可以調(diào)取出對應(yīng)外輸泵的電流曲線，通過曲線分析可以推測出外輸泵的排量及電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。中控顯示畫面見圖6。

圖6 中控監(jiān)控畫面Fig.6 Central control monitoring screen

3 改造效果及結(jié)論

外輸泵的電氣信號(hào)傳到中控上位機(jī)顯示后，在每次倒泵時(shí)，中控人員均可以根據(jù)外輸泵的電流指揮現(xiàn)場人員調(diào)節(jié)流程，使得倒泵工作方便快捷，生產(chǎn)流程更加穩(wěn)定。在日常運(yùn)行中，可以通過實(shí)時(shí)查看泵的電流等參數(shù)來確定泵的運(yùn)行狀態(tài)是否良好。此次改造效果顯著，改造完成后 2 次根據(jù)電流變化發(fā)現(xiàn)了問題，及時(shí)將外輸泵退出檢查，并及時(shí)處理了問題，為生產(chǎn)流程的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。平臺(tái)陸續(xù)將 4 臺(tái)注水增壓泵、3 臺(tái)污水提升泵、4臺(tái)電脫水器的配電盤進(jìn)行了改造，將上述設(shè)備電氣參數(shù)均遠(yuǎn)傳到中控上位機(jī)顯示。

此次改造項(xiàng)目實(shí)際操作起來相對簡單，但改造后的意義在于成功將重要設(shè)備的電氣參數(shù)遠(yuǎn)傳中控，可以最大程度地及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除故障、保障生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。對于平臺(tái)來說，每一臺(tái)設(shè)備都至關(guān)重要，都關(guān)乎平臺(tái)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳中控可以盡量降低人為失誤的可能，對于其他平臺(tái)來說值得推廣和應(yīng)用。同時(shí)，中控系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)，利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測分析。隨著數(shù)據(jù)和預(yù)測項(xiàng)目的增多，通過電氣參數(shù)進(jìn)行的趨勢預(yù)測預(yù)警功能將會(huì)越來越強(qiáng)大，可以進(jìn)一步為公司的降本增效提供助力。