DCS系统在机井控制中的应用
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作者:赵先甲 姜宇
摘 要：针对地下水水厂深井潜水机井泵站分布广且地处偏远的特点，为实现中央控制室对下属的机井泵站的集中远程控制，从而实现偏远地区的地下水水厂的无人值守。对其DCS系统进行升级改造，发挥DCS功能，提高机井监控系统运行可靠性。
关键词：DCS;单井;光缆;控制站
1 绪论
新疆克拉玛依市独山子区地处天山北麓，准噶尔盆地西南边缘，是一座石化工业小镇。独山子有2座地下水水厂，分别位于独山子市区东南15公里处和独山子以东40公里处，地处偏远。这2座水厂的原水经过潜水泵提升至站内蓄水池，因水质合格，后直接通过管道采用重力自流方式供水。本文以原有供水条件为基础，利用传感器、DCS系统和光缆等设备设施，建立一套基于DCS的机井控制系统，同时对潜水机井的操作和监控提出了如下要求：（1）操作必须远离现场，实现遥控自动操作。（2）系统可靠性高，确保机井参数实时监控，出现问题能及时报警，方便反馈和处理。
2 原系统结构及现状
原自控系统使用的是北京某公司的数据采集和转换系统，基于无线电台通讯实现各单井生产数据的实时采集至水厂管理站并上传至水调中心。但因采用的无线电台通讯极不稳定，2006年建成后一直存在信号丢失，监控显示数据滞后，加上使用年限长，设备元器件老化嚴重，已无法实现远程控制。由于这2座地下水供水水厂地处偏远，前期的自控系统因技术或设备等原因已丧失功能，加上整个供水企业人员结构和力量不足，为减少后期人员投入，对现有的自动控制系统更新升级，实现各水厂的数据实时采集和传输、异地集中远控。
3 DCS改造方案
（1）实现功能。单井运行参数的实时监控，数据异常报警。单井远程启停控制、单井现场启停控制、单井正常启停程序控制、单井故障状态下的保护控制。
（2）水厂单井规模。需要将单井机泵的3相电压、3相电流、单井的启停控制及运行状态、井口流量、井口2台电动阀的远程遥控（开关信号及位置反馈）、机泵房和配电室温度信号（低温投运采暖、高温投运风机）接入。根据上述功能要求及现场使用的实际条件，选用的单井监控控制器必须具备以下功能：10路4—20mA输入;4路DI输入;8路DO输出;采用带光口的TCP/IP通信协议;具备远程诊断功能;夏季高温耐温60摄氏度。
（3）DCS系统选型及结构。选用横河DCS系统，采用Centum VP的系统组态。为保证系统通讯的稳定性，我们选用的通信方式为工业以太网的通信方式，物理层采用有线光纤;可以实现高性能、高稳定性地为系统提供数据交换。
在第一地下水厂现场控制室设置3台站控（FCS）控制器处理本站内的电动阀门、流量、压力信号的采集，第一地下水厂控制区域内有33口井，在每个井口设置一个FCS远程节点单元负责采集本井口的数据信号，远程节点单元通过光缆与第一地下水厂现场控制室站控（FCS）连接，光纤采用星型结构敷设。第一地下水厂现场控制室内的一台工程师站和一台操作员站与站控（FCS）通过二层交换机连接，从二层交换机通过光缆与水调中心控制室的二层交换机连接。
在第二地下水厂现场控制室设置3台站控（FCS）控制器处理本站内的电动阀门、流量、压力信号的采集，第二地下水厂控制区域内有25口井，在每个单井设置一个FCS远程节点单元负责采集本井口的数据信号，有2个长输管线站，在每个长输管线站设置一个FCS远程节点负责本泵站的数据信号，远程节点单元通过光缆与第二地下水厂现场控制室站控（FCS）连接。第二地下水厂现场控制室内的一台工程师站和一台操作员站与站控（FCS）通过二层交换机连接，从二层交换机通过光缆与水调中心控制室的二层交换机连接。
在水调中心控制室设置一台站控（FCS）控制器处理二级泵站6台离心泵数据，水调中心控制室内的一台工程师站和一台操作员站与站控（FCS）通过二层交换机连接，从二层交换机通过光缆与所有现场控制室的二层交换机连接。
（4）主要应用情况。①权限设置。分为三个等级，操作员权限、班长权限和工程师权限。根据不同用户权限设置用户名和密码。使用各自的用户名登录后，才可进行已开放权限下的操作，并逐条记录。可以避免未掌握人员误操作，也实现远程操作的可追踪性。
②单井状态检测。设置分布式监控平台，具备对各设备的控制功能。操作人员在图形和操作菜单界面上进行监控工作，利用计算机在线对现场控制站的数据进行检测。对出现单井状态检测异常，显示由绿转红，并发出报警信号。
③报警设置。对检测出的报警信号，弹出对话确认框，必需由班长权限人员进行确认，报警才能解除。同时对所有的操作指令设置人机交互界面，实现所有操作执行后的命名反馈弹窗，确保各项操作指令执行到位。
④对出现信号中断，原系统设定将保持最后一次正常传输的值，输出信号将显示“###”，对信号中断后的异常数据，发出弹窗报警和声音报警，数据显示为“？？？”，方便监盘人员做出判断。
⑤对单井的启停采用顺序控制。水源地单井工艺相同，为方便操作统一和快速，对单井的启停采用顺序控制。
4 结语
DCS系统应用于地下水水厂的单井控制后，一次性试车成功，实现了偏远水厂单井的远程异地控制，为后期无人值守做好了准备。
参考文献：
[1]李强.基于PLC和触摸屏的机井控制系统设计[J].电工技术，2018.
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