新墨西哥天然气现场自动化控制系统分析(上)
| 休斯顿GPM天然气公司是Phillips石油公司的的子公司，该公司已经实现了现场自动化控制系统（FACS），使该公司能够远程监视其在新墨西哥区的天然气的生产运行。 该系统有助于提高工作效率和减少雇员人数。 现在操作员可以准确地监测和控制天然气采集、增压器、以及工厂的运作。该系统能够实现远程监控和测量气体源头在处理过程中的气体流速、温度、以及压力 。 现在，向GPM系统供应天然气的开采者可以通过电话或传真访问连接到他们的井场的每个计量器实时的生产信息。 三个组成部分 GPM在新墨西哥区每天采集和处理天然气大约为260MMcfd。该区面积达10,000平方英里，包括4个天然气工厂和25个气体增压站（图1）。 天然气是从1800米沿线上的大约300个开采者那购买的。 在过去，流量信息是每7天通过人工方式收集一次。工作人员每天对每个增压器检查一次，天然气加工厂则是每天24小时值班。 1991年，GPM发现通过最新的通信和控制技术可以实现一种更有效的和反应更快的运行方式。 FACS包括三个功能部件：使用遥测技术的电子流量计量装置（EFM）、增压器监视控制和数据采集系统（SCADA）、以及工厂控制和优化。 系统中的每一部件都是由控制计算机进行管理的，但是它们都能够使用Novell软件通过广域网共享数据和信息。 目前FACS系统通过位于GPM Hobbs 总部、Eunice工厂、Zia工厂、以及Lee工厂（全部都在N.M.的Lea地区）的10台计算机进行操作和控制。另外，通过公司的广域通信网，GPM的Odessa、Tex和Houston办公室也可以访问到FACS系统的信息。 使用遥测技术的EFM GPM使用俄克拉荷马州Bartlesville地区AAI公司的Total Flow 产品作为它的主要电子流量计。 这是一种基于微处理器的计算机，主要为气体流量测量而设计的。电路压缩成一块大的单板上，并安装在浇铸的铝壳里。因为外壳上的NEMA-4X Class 1Division 2/ABCD 的性能，设备在安装时不需要对元件进行额外的保护。（图2） GPM的技术人员校正用在GPM天然气公司最近在新墨西哥安装的自动化系统上的电子流量计量(EFM)仪器（图2）。 EFM设备配有100-in的差分传感器，静态传感器的范围从100至1,500 psia，用于对主要的 流量元件的测量。由于大气的温度的变化较大，为提高测量精确度，使用了温度补偿压力传感器。 在系统工作区域内，温度从冬天0°F℉的低温到夏天100°F℉的高温的季节性变化是很常见的。温度补偿传感器减小了由于温度变化引起的气体测量的误差。 此外，还安装了远程温度装置（RTD）探头来调整因气体流动而引起的温度的变化。 这种流量计算机每秒钟测量一次管孔的流动状态，并不断积累信息，以便每小时计算一次体积流量。 每小时计算出的流量与后面每小时的流量数据一起保存在EFM的存储器中，用于积累35天的信息。 保留在EFM存储器中的35天的流量信息只作为每天通过无线电遥测向中央计算机发送的流量数据的备份。 除了要扩大后部的终端箱来容纳微波无线收发机外，购买电子流量记录器时不需要对无线遥测提出附加要求。 当需要进行无线遥测时，则安装内置通信卡，用于固定无线电设备的铰连板，无线收发器、线束、以及一个附带的8安培 /小时的蓄电池。 设备的电源由安装在EFM装置上面的12V、10W的太阳能电池组提供。太阳能电池板向EFM提供电源，如果发装了无线遥测设备，太阳能电池板还向无线遥测装置提供电源。 在无线系统的设计中，数据速率是最重要的考虑因素之一。由于许多系统速率都因发射气体流量信息在空中的传输时间而受到限制，GPM认为使用高的数据速率传输是很有必要的。为使系统得到最大容量、最佳的性价比，将无线系统设备工作的通信速度设定为4800波特。 同时，为了将干扰降到最小，无线系统频率采用950Mhz多地址频率。经准许建立了三个高海拔的中继塔以覆盖整个工作区域。 假定接收信号强度最低为-110 dbm时，每个中继塔的覆盖范围可达7,500平方英里。通过对三个中继塔合理定位，使它们能够连续地覆盖工作区域。 MDS全双工数字电台可用作中继站，也可用作位于Hobbs的轮询主站。 每一个无线设备在购买时都带有“开机”备份设备和电池备份，这样能够确保将主链路的中断降到最小。 每个EFM中的无线电台是带有全数字调制解调器和收发器的单向无线设备。频率合成设计使单独的无线电设备能够对使用的指定的中继器进行站点编程。远程电台使用高增益的七振子天线，以确保信号质量好，噪声最低。 该项目所需要的馈线是高质量的泡沫绝缘RG-8电缆。它比原来考虑的传输电缆的性能略低，但是之所以选择它是因为考虑了野外操作时会遇到的的恶劣的工作环境。 EFM系统从气体测量的采集系统中的1,500台流量计算机采集和轮询数据。 系统的功能包括实时调入／报警调出能力、向用于结算的主机传输流量数据、以及每日报表（即，气体平衡、丢失的数据、以及数据变化报告）。 计算机支援 计算机支援系统包括五台运行应用自动化软件、Novell软件、以及用户定制的GPM软件的计算机。 IBM 80型文件服务器是运行在25Mhz、带320 mb的内部SCSI硬驱动器（用于系统文件和制造商的软件）、两个外部600 mb的硬驱动器的对用户文件）。 这台机器使用Novell Netware 386网络软件（版本3.1修正版A），并且通过IBM令牌网连接到其它的计算机上。通过对外部优先级高的硬驱动器进行镜象，提供所有存储数据的备份。 文件服务器除了用于气体测量以外，工作人员还可使用它的普通商业功能，例如文字处理、电子数据表分析、以及图形文件。 通信服务器为局域网工作站到微波数据系统轮询远程无线电台提供接口。这种通信计算机是20Mhz的IBM 70型计算机。 这台机器包含一块Digicom PS/8接口卡，最多可以通过RS-232电缆连接5个主站电台。它访问文件服务器上的保存的一个目录，来采集并通过“邮箱”方式响应通信请求。 把两个机器用作自动工作站可实现更高级的功能。第一台机器是运行应用自动化公司的中央采集单元软件的数据采集机。 该机器负责每天从所有的遥测EFM采集数据，更新中央文件服务器上的单个的计量文件，产生丢失数据和每日平衡报告，并把生成的报告传真人给开采者和GPM人员，同时把数据发送到Phillips石油公司的IBM主机。数据传输是每晚访问广域网来实现。 |
