田福生，王爱民，郭继强

（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459）

0 引 言

某海上采油综合处理平台是整个油田的中心处理平台，油田生产中的所有原油都通过平台的原油外输泵输送到陆地终端，如果外输泵出现问题，将会直接影响到整个油田的安全稳定生产。在日常生产过程中需要时刻关注原油外输泵的电气参数，用以确定泵的运行状态是否正常；在外输泵倒运时就更需要实时根据泵的电流来进行流程调节，以保证倒泵工作的顺利完成，并保障倒泵时平台生产流程稳定运行。该平台于2000年投产，在投产时外输泵的中压配电盘上使用的是老式指针式电流表，泵的电流只能在平台 MCC 间的配电盘上人为读取，且无数据存储功能，电气参数无法外传，设备之间数据无法共享，都是数据孤岛。中控无法显示对应设备的电气参数，要想知道泵的电气参数就必须用对讲机询问 MCC 发电值班人员，或是安排电工在配电盘处值守，以随时汇报电流。如果 MCC 发电值班人员去现场工作，中控就不能随时查看外输泵的电流；一旦泵出现问题，就不能及时发现问题，更不能及时通知相关人员进行应急处理。所以中控显示外输泵的电气参数就显得非常重要。

1 改造方案

目前配电盘普遍安装有多功能表用于显示电压、电流等电气参数，实现本地显示、存储和输出数据的功能，可以将电气参数进行外传，如传入中控系统，从而可以在上位机上显示电流电压等电气参数。平台中控系统具有 RS-485 通信接口，可以与第三方系统进行 RS-485 通信。具有 RS-485 通信功能的多功能表应用普遍，所以决定选用该多功能表来完成此次改造。

方案设计：RS-485通信抗噪干扰性好，最大通信距离约为1 219 m，最大传输速率为10 Mbps，RS-485总线一般可支持32个节点，如果使用特制的RS-485芯片，可以达到128个或256个节点，最大可以支持400个节点，在RS-485通信距离超过100 m的情况下，要在其开始端和结束端增加终端电阻。RS-485 典型终端电阻为120 Ω，终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在通信过程中有2种信号会导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。RS-485 有两线制和四线制2种接线。采用四线制时，只能实现点对多的通信（即只能有一个主设备，其余为从设备），现在很少采用，多采用两线制接线方式［1］。两线制 RS-485 只能以半双式工作，收发不能同时进行，传输速率慢，但数据稳定，传输距离远，本次改造要求的传输速率不高，所以采用两线制半双工模式。外输泵配电盘到中控系统的距离约200 m，该平台共有5台原油外输泵，使用 RS-485 通信不存在技术问题。为了便于后续的扩展，本次改造选用高质量的 RS-485 通信设备，两端安装有高精度电阻，使用 RS-485 专用屏蔽双绞线，以保证数据的准确稳定传输［2］。在配电盘上各安装一块智能多功能仪表替换原来的指针式电流表。智能多功能表具有RS-485 通信功能，使用 RS-485 通信线连接至中控PCS 系统，在中控上位机组态显示。系统架构如图1所示。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

2 改造过程

2.1 配电盘改造

2.1.1 多功能表型号介绍及安装

本次改造所使用的是 HG9620 智能多功能表。它能够实时测量三相交流电的各种电力参数，包括电压、电流、功率、电度、功率因数、频率等。HG9620智能多功能表可以直接从电压和电流互感器接入信号，可以任意设定电压互感器 PT 和电流互感器CT的变比，进而可实现宽范围的电力参数测量。HG9620 智能多功能表具有 RS-485 通信接口，支持ModBUS 协议。它能够把采集到的各种电力参数通过通信接口传送出去，能够集成到任何电力监控系统中，可以接入 SCADA、PLC 等系统中，通过设置通信波特率和通信地址灵活集成到配电系统中，与支持ModBUS 协议的业界多种软件进行通信（Intouch、Fix、Citec、组态王等）。

HG9620 智能多功能表提供 2 个开关量输入、2 个开关量的继电器输出。开关量的输入为干节点输入，通过通信接口可以实时检测开关状态。开关量输出控制通过继电器实现，也通过通信接口控制继电器的开合。

外输泵配电盘安装的指针式电流表的开孔尺寸较小，无法直接替换安装新的智能多功能表，需要在配电盘前面板上将原孔的尺寸进行扩大。最安全的方法是把盘柜面板拆卸下来进行扩孔，但为了保证设备能够随时备用，本次改造决定不拆卸面板直接在盘柜上扩孔，这就需要做好各项准备工作，以防止出现意外。外输泵配电盘旁边是天然气压缩机和注水增压泵配电盘，均是重要设备。为了防止在施工过程中误碰或由于振动而导致压缩机和增压泵等周边设备异常停机，决定在扩孔之前先进行设备倒运，把扩孔盘周边的设备倒停。在扩孔时为了防止铁屑飞落到盘柜内造成短路，需要使用防护布遮住盘柜内部，作业完毕后还需要对盘柜内部进行吹扫，确保无金属屑滞留在盘柜内再进行送电。周边设备倒运停止后，使用曲线锯对面板进行扩孔，多功能表尺寸为96 mm×96 mm，扩孔完成后把多功能表安装在面板上。

2.1.2 多功能表供电电源及接线

智能多功能表的供电电源为220 V交流，需要提供一路220 V电源，该平台现已并入海上电网，外输泵的供电可靠性非常高，所以决定从平台220 V应急盘选取电源。单线图如图2所示。

图2 多功能表供电单线图Fig.2 Multi-function meter power supply single line diagram

按照方案设计结构，5台多功能表分别铺设1根RS-485 通信线到MCC间的中间接线箱，铺设1根RS-485 通信线从MCC间到中控。RS-485 接线采用菊花链式手拉手方式进行连接，只需要1根通信线至中控就能满足上面5台多功能表的参数传输，铺设1根3×2.5 mm2电源线从应急配电间到 MCC 间。线路铺设完成后，按照要求进行校线接线［3］。

2.1.3 多功能表上电调试

接线完成后进行全面检查，检查确认正确后上电，各多功能表状态正常。多功能表参数按照要求进行设定（半双工通信模式、波特率9 600、无奇偶校验、数据位8位、停止位1位、地址等），以便于中控对相关电气参数的读取。现场安装完成情况见图3。

图3 多功能表安装完成图Fig.3 Multi-function meter installation completion diagram

2.2 中控组态

①外输泵智能多功能表的数据通过 RS-485 通信传至中控，并接入中控的备用 RS-485 端口。首先需要将备用端口设置，高级属性中设置为RTU通信模式、主站。通信属性设置为 RS-485 半双工通信模式，波特率9 600，无奇偶校验，数据位8位，停止位1位。在P02口下新建5个串口设备，对应5台多功能表，设备地址为多功能表的地址，确保组态地址与多功能表地址一致，以实现数据的正确采集。端口设置见图4。

②在新建的串口设备下新建 Dataset 用于读取相关的电气参数。Dataset的DeltaV 属性中数据类型为 16 位带符号数，传输的电气参数读取40个就能满足日常使用需要。数据设置情况见图5。

图5 数据设置Fig.5 Data setup

③在对应控制器下新建一个 Control Module，在新建的 Control Module 内拖入一个 Input parameter，选择外部参数链接到对应的外部数据上，对应新增的5台智能多功能表，依次类推做好剩下的数据处理，以及数据的记录存储组态，然后分配到对应控制器，并进行下装。下装过程中要求生产人员密切关注现场设备运行状态，一旦出现设备运行异常，立即启动应急处置。

④画面修改，在需要显示的画面右击选择 Quick Edie 进行画面修改，使用 Datalink 链接到对应的数据上，并将需要显示的数据放置到合适的位置，依次做好所有的数据，进行保存、下装，下装完成后运行系统。与现场数值进行核对，外输泵C当时处于运行状态，中控显示电流与 MCC 间多功能表现场显示数值一致。C泵调试完成后，依次进行剩余4台外输泵的调试。最终5台外输泵的电流都在上位机上正确显示，并且可以调取出对应外输泵的电流曲线，通过曲线分析可以推测出外输泵的排量及电机的运行状态。中控显示画面见图6。

图6 中控监控画面Fig.6 Central control monitoring screen

3 改造效果及结论

外输泵的电气信号传到中控上位机显示后，在每次倒泵时，中控人员均可以根据外输泵的电流指挥现场人员调节流程，使得倒泵工作方便快捷，生产流程更加稳定。在日常运行中，可以通过实时查看泵的电流等参数来确定泵的运行状态是否良好。此次改造效果显著，改造完成后 2 次根据电流变化发现了问题，及时将外输泵退出检查，并及时处理了问题，为生产流程的稳定运行提供了保障。平台陆续将 4 台注水增压泵、3 台污水提升泵、4台电脱水器的配电盘进行了改造，将上述设备电气参数均远传到中控上位机显示。

此次改造项目实际操作起来相对简单，但改造后的意义在于成功将重要设备的电气参数远传中控，可以最大程度地及时发现和消除故障、保障生产的稳定运行。对于平台来说，每一台设备都至关重要，都关乎平台生产，实现数据远传中控可以尽量降低人为失误的可能，对于其他平台来说值得推广和应用。同时，中控系统也能实现数据记录存储，利用存储的数据进行预测分析。随着数据和预测项目的增多，通过电气参数进行的趋势预测预警功能将会越来越强大，可以进一步为公司的降本增效提供助力。