Robert G. Stubbs GPM 天然氣公司 Odessa，Tex.
Darrell Carver GPM 天然氣公司 Houston
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(jīng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場自動(dòng)化控制系統(tǒng)（FACS），使該公司能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視其在新墨西哥區(qū)的天然氣的生產(chǎn)運(yùn)行。
該系統(tǒng)有助于提高工作效率和減少雇員人數(shù)。
現(xiàn)在操作員可以準(zhǔn)確地監(jiān)測和控制天然氣采集、增壓器、以及工廠的運(yùn)作。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)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(xiàn)在，向GPM系統(tǒng)供應(yīng)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(gè)計(jì)量器實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息。
三個(gè)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(dá)10,000平方英里，包括4個(gè)天然氣工廠和25個(gè)氣體增壓站（圖1）。
天然氣是從1800米沿線上的大約300個(gè)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(duì)每個(gè)增壓器檢查一次，天然氣加工廠則是每天24小時(shí)值班。
1991年，GPM發(fā)現(xiàn)通過最新的通信和控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種更有效的和反應(yīng)更快的運(yùn)行方式。
FACS包括三個(gè)功能部件：使用遙測技術(shù)的電子流量計(jì)量裝置（EFM）、增壓器監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)進(jìn)行管理的，但是它們都能夠使用Novell軟件通過廣域網(wǎng)共享數(shù)據(jù)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(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作和控制。另外，通過公司的廣域通信網(wǎng)，GPM的Odessa、Tex和Houston辦公室也可以訪問到FACS系統(tǒng)的信息。
圖1
使用遙測技術(shù)的EFM
GPM使用俄克拉荷馬州Bartlesville地區(qū)AAI公司的Total Flow 產(chǎn)品作為它的主要電子流量計(jì)。
這是一種基于微處理器的計(jì)算機(jī)，主要為氣體流量測量而設(shè)計(jì)的。電路壓縮成一塊大的單板上，并安裝在澆鑄的鋁殼里。因?yàn)橥鈿ど系腘EMA-4X Class 1Division 2/ABCD 的性能，設(shè)備在安裝時(shí)不需要對(duì)元件進(jìn)行額外的保護(hù)。（圖2）
EFM設(shè)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(duì)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(bǔ)償壓力傳感器。
在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，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(bǔ)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(yuǎn)程溫度裝置（RTD）探頭來調(diào)整因氣體流動(dòng)而引起的溫度的變化。
這種流量計(jì)算機(jī)每秒鐘測量一次管孔的流動(dòng)狀態(tài)，并不斷積累信息，以便每小時(shí)計(jì)算一次體積流量。
每小時(shí)計(jì)算出的流量與后面每小時(shí)的流量數(shù)據(jù)一起保存在EFM的存儲(chǔ)器中，用于積累35天的信息。
保留在EFM存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)發(fā)送的流量數(shù)據(jù)的備份。
圖2
除了要擴(kuò)大后部的終端箱來容納微波無線收發(fā)機(jī)外，購買電子流量記錄器時(shí)不需要對(duì)無線遙測提出附加要求。
當(dāng)需要進(jìn)行無線遙測時(shí)，則安裝內(nèi)置通信卡，用于固定無線電設(shè)備的鉸連板，無線收發(fā)器、線束、以及一個(gè)附帶的8安培 /小時(shí)的蓄電池。
設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)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(shí)間而受到限制，GPM認(rèn)為使用高的數(shù)據(jù)速率傳輸是很有必要的。為使系統(tǒng)得到最大容量、最佳的性價(jià)比，將無線系統(tǒng)設(shè)備工作的通信速度設(shè)定為4800波特。
同時(shí)，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(jīng)準(zhǔn)許建立了三個(gè)高海拔的中繼塔以覆蓋整個(gè)工作區(qū)域。
假定接收信號(hào)強(qiáng)度最低為-110 dbm時(shí)，每個(gè)中繼塔的覆蓋范圍可達(dá)7,500平方英里。通過對(duì)三個(gè)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(shù)字電臺(tái)可用作中繼站，也可用作位于Hobbs的輪詢主站。
每一個(gè)無線設(shè)備在購買時(shí)都帶有“開機(jī)”備份設(shè)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(gè)EFM中的無線電臺(tái)是帶有全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器的單向無線設(shè)備。頻率合成設(shè)計(jì)使單獨(dú)的無線電設(shè)備能夠?qū)κ褂玫闹付ǖ闹欣^器進(jìn)行站點(diǎn)編程。遠(yuǎn)程電臺(tái)使用高增益的七振子天線，以確保信號(hào)質(zhì)量好，噪聲最低。
該項(xiàng)目所需要的饋線是高質(zhì)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?yàn)榭紤]了野外操作時(shí)會(huì)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(tái)流量計(jì)算機(jī)采集和輪詢數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)的功能包括實(shí)時(shí)調(diào)入／報(bào)警調(diào)出能力、向用于結(jié)算的主機(jī)傳輸流量數(shù)據(jù)、以及每日?qǐng)?bào)表（即，氣體平衡、丟失的數(shù)據(jù)、以及數(shù)據(jù)變化報(bào)告）。
計(jì)算機(jī)支援
計(jì)算機(jī)支援系統(tǒng)包括五臺(tái)運(yùn)行應(yīng)用自動(dòng)化軟件、Novell軟件、以及用戶定制的GPM軟件的計(jì)算機(jī)。
IBM 80型文件服務(wù)器是運(yùn)行在25Mhz、帶320 mb的內(nèi)部SCSI硬驅(qū)動(dòng)器（用于系統(tǒng)文件和制造商的軟件）、兩個(gè)外部600 mb的硬驅(qū)動(dòng)器的對(duì)用戶文件）。
這臺(tái)機(jī)器使用Novell Netware 386網(wǎng)絡(luò)軟件（版本3.1修正版A），并且通過IBM令牌網(wǎng)連接到其它的計(jì)算機(jī)上。通過對(duì)外部優(yōu)先級(jí)高的硬驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行鏡象，提供所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的備份。
文件服務(wù)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(shù)據(jù)表分析、以及圖形文件。
通信服務(wù)器為局域網(wǎng)工作站到微波數(shù)據(jù)系統(tǒng)輪詢遠(yuǎn)程無線電臺(tái)提供接口。這種通信計(jì)算機(jī)是20Mhz的IBM 70型計(jì)算機(jī)。
這臺(tái)機(jī)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(gè)主站電臺(tái)。它訪問文件服務(wù)器上的保存的一個(gè)目錄，來采集并通過“郵箱”方式響應(yīng)通信請(qǐng)求。
把兩個(gè)機(jī)器用作自動(dòng)工作站可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。第一臺(tái)機(jī)器是運(yùn)行應(yīng)用自動(dòng)化公司的中央采集單元軟件的數(shù)據(jù)采集機(jī)。
該機(jī)器負(fù)責(zé)每天從所有的遙測EFM采集數(shù)據(jù)，更新中央文件服務(wù)器上的單個(gè)的計(jì)量文件，產(chǎn)生丟失數(shù)據(jù)和每日平衡報(bào)告，并把生成的報(bào)告?zhèn)髡嫒私o開采者和GPM人員，同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送到Phillips石油公司的IBM主機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸是每晚訪問廣域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。
第二臺(tái)機(jī)器是語音信息系統(tǒng)， 486-DX2計(jì)算機(jī)作為專用網(wǎng)關(guān)，運(yùn)行在66Mhz，內(nèi)置一塊Dialogic（對(duì)話）D41/d語音卡。這塊附加的卡能夠把語音數(shù)字化以便重放。
VIS計(jì)算機(jī)每30分鐘輪詢一次EFM，并向GPM和開采者提供兩組基本的數(shù)據(jù)；擁有正確的安全代碼的用戶可以向系統(tǒng)打電話，并從每個(gè)單獨(dú)的EFM接收實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，其中包括當(dāng)前的流量狀態(tài)和前一天的總體積。
另外，當(dāng)VIS判斷出流量計(jì)算機(jī)中發(fā)生了預(yù)定的錯(cuò)誤情況時(shí)，它給負(fù)責(zé)那臺(tái)指定的流量器的部門打電話報(bào)警。
這個(gè)功能使夠把發(fā)生的特殊事件通知給GPM或開采者。如井停止流動(dòng)、壓縮機(jī)停車、達(dá)到了工作極限、或者任何達(dá)到了任何監(jiān)視的報(bào)警條件，
圖3
安裝在公司局域網(wǎng)上的傳真服務(wù)器支持傳真功能。服務(wù)器正常工作需要一條帶有RJ11O接口的電話線。
通過在局域網(wǎng)上使用Novell Netware，GPM已經(jīng)能夠通過它的令牌網(wǎng)“主干線”把網(wǎng)絡(luò)連接到廣域網(wǎng)。這樣可實(shí)現(xiàn)與五個(gè)州中的72個(gè)文件服務(wù)器上連接的任何一臺(tái)Phillips石油或GPM公司計(jì)算機(jī)的訪問。
任何一個(gè)遠(yuǎn)程用戶通過這種方式可以執(zhí)行輪詢或數(shù)據(jù)采集而無需通過調(diào)制解調(diào)器通信。主干線支持的到Hobbs的最小帶寬是384Kbaud，是Phillisp公司1.56M baud T-1電路帶寬中的一部分。通過局域網(wǎng)也可以訪問計(jì)算體積的主機(jī)。
增壓器scada系統(tǒng)
scada系統(tǒng)通過輪詢Siemens S5-300U可編程控制器（PLC）監(jiān)測11個(gè)booster站的609個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
通過結(jié)合Modbus遙測系統(tǒng)和EFM遙測系統(tǒng)來采集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，入口、吸入側(cè)、排出側(cè)以及喇叭開口的壓力和體積值。隨后數(shù)據(jù)送入Iconics 公司的 Gensis scada 系統(tǒng)包中。
Scada系統(tǒng)主要包括兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。
第一臺(tái)是網(wǎng)關(guān)486-DX2-66（運(yùn)行模式），位于GPM的Hobbs分部，它物理連接到Modus主站電臺(tái)和Novell網(wǎng)絡(luò)。
每30秒鐘完成一次對(duì)所有Siemens PLC的輪詢并將數(shù)據(jù)保存到Genesi數(shù)據(jù)庫中。
主站是33Mhz的網(wǎng)關(guān)486-DX，位于Eunice工廠，離Hobbs約20英里。數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并顯示在每天24小時(shí)值守的工廠控制間（圖3）。
一旦任何一個(gè)增壓站發(fā)生預(yù)設(shè)定的情況時(shí)，便發(fā)出聲音報(bào)警并由操作員確認(rèn)。
以前，需要有一個(gè)現(xiàn)場檢查員每天檢查現(xiàn)場的控制板，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)功能正常。
現(xiàn)在，scada系統(tǒng)可以連續(xù)地監(jiān)視增壓站，不再需要每天去現(xiàn)場檢查（圖4）。
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)工作情況的連續(xù)監(jiān)視使操作員能夠快速診斷它們的故障，并派遣合適的現(xiàn)場人員：機(jī)械專家或是儀表專家或者是現(xiàn)場操作員來進(jìn)行維修。這樣減少了人員的需求和壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間。
工廠控制系統(tǒng)
用于所有GPM新墨西哥區(qū)工廠的FACS工廠控制系統(tǒng)仍在研制中。然而，在GPM的Zia工廠于1993年9月就已成功實(shí)現(xiàn)了此系統(tǒng)。
該系統(tǒng)使Zia工廠通過Genesis scada數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)無人管理運(yùn)作。
管理控制系統(tǒng)使用運(yùn)行在四臺(tái)33Mhz、 486的Texas計(jì)算機(jī)上的Genesis控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作過程的控制。
一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為“啞終端”，通過“Tiway卡”與Siemens TI 545 PLC通信并通過串行口與Moore的循環(huán)控制器、ABB／Taylor Kent 循環(huán)控制器、以及馬達(dá)控制中心大樓中的Multlin電源監(jiān)視器進(jìn)行通信。
工廠的電子和過程控制功能是由PLC和本地控制器完成的。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的損壞不會(huì)中斷工廠的運(yùn)作，因?yàn)樗械陌踩途o急系統(tǒng)都是獨(dú)立的。
Siemens TI 545控制器允許過程輸入和輸出信號(hào)發(fā)送到工廠處理區(qū)的6個(gè)分配板，然后通過一對(duì)通信線路以數(shù)字方式傳回到中央處理裝置。
“啞終端”連接到IBM Token Ring廣域網(wǎng)上。
三臺(tái)工作站連接到token ring（令牌網(wǎng)）。
一臺(tái)位于Zia工廠，另外兩臺(tái)位于Lee工廠，大約相距30英里。
每臺(tái)工作站包括一個(gè)觸摸屏界面或鼠標(biāo)，供操作員選擇。。
Zia令牌網(wǎng)通過微波和T1線連接到Hobbs令牌網(wǎng)。通過專用線連接到Lee工廠。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)全部的通信都通過令牌網(wǎng)，它使得GPM能把工作站放在連接到廣域網(wǎng)上的公司的任何位置。
這使得工程師和操作管理如同在控制中心一樣“登錄”到Zia控制系統(tǒng)，并查看處理屏幕。
優(yōu)點(diǎn)
FACS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)大大提高了GPM新墨西哥區(qū)的效率。在EFM數(shù)據(jù)遙測實(shí)現(xiàn)之前，40％的地區(qū)收集圖表的工作由測量人員來做。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使測量人員減少同時(shí)又提高了數(shù)據(jù)的精確度和測量的及時(shí)性。
增壓器scada系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使GPM能夠“獨(dú)立運(yùn)行”而不需現(xiàn)場檢查。這減少了非生產(chǎn)性的往返增壓站的時(shí)間。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，加班時(shí)間大大地減少了。
該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是提高了地區(qū)人員對(duì)運(yùn)行故障或市場變化的反應(yīng)能力。在FACS實(shí)現(xiàn)以前，經(jīng)常需要到增壓器站的兩個(gè)行程的時(shí)間來判斷和維修故障。實(shí)現(xiàn)了scada系統(tǒng)以后，在人員到現(xiàn)場進(jìn)行維修以前問題就標(biāo)識(shí)出來了。
圖4
GPM的FACS系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它給開采者提供及時(shí)的可靠的源頭信息的能力。
GPM可以傳真給氣井開采者過去24小時(shí)的氣井氣體流量的詳細(xì)情況。開采者也可以通過開采者特有的、安全保密的電話系統(tǒng)得到按分鐘更新氣井的流量和報(bào)警信息。
另外，使用這種測量系統(tǒng)可以更高效的支付開采者的產(chǎn)品費(fèi)用。
系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)視器可以自動(dòng)警告開采者他們氣井的潛在問題。
氣體處理工廠的人員監(jiān)視和測量來自井頭的處理的氣體的流量、溫度和壓力。（圖4）
（摘自深圳華夏盛電子有限公司網(wǎng)站）
（轉(zhuǎn)載）
