輸油管線凈化計量站控制系統(tǒng)的設計

于志新，楊鵬，李自淼

（長春工業(yè)大學 機電工程學院，長春 130012）

1 系統(tǒng)組成及要求

凈化計量站需采集和進行傳輸處理的數(shù)據(jù)包括：進站壓力、過濾器壓差、過濾分離器壓差、流量信息、油料的密度、溫度和含水量等信息。

1.1 系統(tǒng)的組成與原理

系統(tǒng)由信息采集模塊、信息顯示模塊、信息傳輸模塊、電源處理模塊、太陽能供電系統(tǒng)和各類傳感器組成。傳感器包括：專用壓力傳感器、液體渦輪流量計、油液品質(zhì)傳感器（密度、黏度、溫度）和油水含量傳感器等。系統(tǒng)所需要的能量由太陽能供電系統(tǒng)提供，通過信息采集模塊獲取各傳感器采集到的相關數(shù)據(jù)，并在綜合信息顯示模塊集中顯示，由信息傳輸模塊傳輸給輸油指揮控制中心。

1.2 系統(tǒng)要求

由于計量站工作在野外，同時為保證裝備的安全及電磁兼容性要求，信息采集模塊、信息顯示模塊、信息傳輸模塊、電源處理模塊及蓄電池等部件要置于防爆機柜內(nèi)，通過線纜與各傳感器連接，太陽能電池板與機柜通過快速接插件連接。

系統(tǒng)實物結構如圖1 所示。整個機柜按防爆要求設計，中間前面板做成可打開且密封的結構，正常使用時關閉；總電源開關置于機柜側面；機柜下部為接線盒，可正面打開，便于維修。圖2為機柜面板布置示意圖。

圖1 系統(tǒng)實物結構圖

圖2 機柜布置示意圖

2 系統(tǒng)功能

2.1 信息采集及顯示功能

采集并顯示的參數(shù)有累計流量、瞬時流量、油料溫度、油料密度、油料含水量、進站壓力、過濾器壓差、過濾分離器壓差；顯示的狀態(tài)有系統(tǒng)工作狀態(tài)、電源系統(tǒng)工作狀、通信工作狀態(tài)。

2.2 報警功能

報警功能是為了使凈化計量站正常工作同時為保護系統(tǒng)，報警功能主要有以下三條：1）過濾器、過濾分離器壓差超限報警（報警值可設定）；2）通信異常報警；3）電源故障報警。

2.3 信息遠程傳輸功能

在管線輸油作業(yè)中，輸油控制中心需要監(jiān)控輸油管線系統(tǒng)各部分的信息。因此凈化計量站所采集到的數(shù)據(jù)需要及時上傳至輸油控制中心，以便對輸油作業(yè)做出判斷和調(diào)整。為了保證信息的傳輸凈化，計量站采用兩種方式進行信息傳輸。首先采用CDMA 遠程通信功能，把采集的作業(yè)參數(shù)及系統(tǒng)狀態(tài)通過CDMA 傳輸給輸油控制中心；其次是通過網(wǎng)線采用TCP/IP 協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至輸油控制中心。以上兩種通信方式在一種通信方式失效時可以切換至另一種工作方式，以保證數(shù)據(jù)及時上傳。

3 主要設備選型

3.1 密度計（燃油品質(zhì)傳感器）

由于凈化計量站測量的密度主要用于監(jiān)控油品的質(zhì)量，并粗略判斷混輸時的混油情況，因此擬選用一種多用途燃油品質(zhì)傳感器。FPS2800B12C4 流體特性傳感器，可直接和同時測量流體的黏度、密度、介電常數(shù)和溫度。通過專利的音叉技術，傳感器可以檢測到諸如發(fā)動機潤滑油、燃油、傳動油、剎車液、液壓油和齒輪油、冷凍液和溶劑等的流體的多個物理屬性間的直接和動態(tài)的關系。采用通用的數(shù)字CAN J1939 協(xié)議，可十分容易地與主控制器進行連接。可采用一個簡單的4 引腳連接器（如圖3 所示）進行安裝，以節(jié)約成本。

圖3 燃油品質(zhì)傳感器引腳圖

3.2 油水含量傳感器

本系統(tǒng)中配置的油水含量傳感器型號為HTM2500B3C4OIL，該傳感器是基于HTS2030SMD 設計制造的溫濕度一體傳感器，主要用于卡車、汽車、電力、石油以及工業(yè)等領域涉及到的精確在線油中水分含量分析檢測。HTM2500B3C4OIL 油液水分含量傳感器的微控制器直接接口可以實現(xiàn)與濕度模塊的線性電壓輸出。該傳感器具有全互換性、可靠性好、性能長期穩(wěn)定、測量精度高等優(yōu)點。

3.3 專用壓力傳感器

本系統(tǒng)配置的壓力傳感器為金屬隔離膜壓阻式壓力傳感器，它以硅壓阻力敏元件作為傳感器的核心元件，當受力時，應變材料硅的電阻率發(fā)生變化引起電阻變化，經(jīng)電路單元轉化為電壓信號輸出。

3.4 信息顯示屏

通過切換鍵分屏顯示：流量信息、壓力壓差、油品品質(zhì)等信息。并具有報警提示、工作狀態(tài)指示。為滿足溫度、防水、電磁兼容與防鹽霧等要求，機箱應該采用鋁合金封閉結構，接合面作特殊氧化處理，顯示區(qū)域和按鍵區(qū)域作電磁防護處理，結構上應具有良好散熱特征。顯示屏采用單色EL 屏，與一般顯示屏相比，EL 屏具有顯示亮度高、工作溫度寬、抗干擾性能強等特點。

3.5 太陽能電池及電源管理器

通過考察3 家太陽能企業(yè)，了解到普通晶體硅太陽能電池和便攜式CIGS（銅銦鎵硒）太陽能電池的技術與應用情況。選用北京遠方動力可再生能源科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的太陽能電池組件，包括單晶硅太陽能電池板、太陽能充電控制器和蓄電池。太陽能電池板選用2 塊80W 單晶硅太陽能電池板，并聯(lián)使用，也可互為備用。如圖4 所示。

圖4 電源控制器原理框圖

4 結語

根據(jù)實際輸油作業(yè)情況的需要，對輸油管線凈化計量站控制系統(tǒng)進行了設計。采用太陽能電池板供能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和顯示。在實際應用中達到了預期的目標。

［1］柯愈龍，張生昌，鄧鴻英，等.基于GPRS 的原油計量站遠程控制系統(tǒng)［J］.輕工機械，2013，31（2）：56-59.

［2］劉靜波.油田數(shù)字化計量站控制簡介［J］.遠程測控,2013（2）：72-86.

［3］施海清.SCADA 系統(tǒng)在油田計量站的應用研究［J］.工程技術，2012（3）：139.

［4］張艷娟.大慶油田采油二廠計量站信息化改造［J］.儀表電氣，2013（2）：74.

［5］許興貴.基于PLC 的油井計量站數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設計［J］.石油儀器，2005（4）：22-24.