FCS与DCS技术对比及注入站控制系统的优化分析

在注聚系统中，计量与测控仪表主要包括：母液罐液位测控报警、母液汇管压力、输液泵出口压力、母液流量计、清水流量计显示、联锁、控制等。近年来随着注聚系统工艺不断改进和控制仪表技术不断完善，基本解决了三次采油注聚工艺对地面工程技术的要求。本文通过对在用两种控制技术应用进行对比分析，对计量仪表在注入站上的应用情况分析，对应用中存在的问题及解决措施提出合理化建议，以期达到探索注聚工艺与仪表结合优化运行，节约和降低成本，实现企业效益最大化的目的。

1.FCS与DCS应用技术对比

目前，油田注入站控制模式有三种：常规仪表控制、现场总线控制(FCS)及集散控制(DCS)。

1.1 现场总线控制系统原理

现场总线技术是安装在生产过程区域的现场仪表与控制室内的自动控制系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。该技术将可编程控制器(PLC)取消，把DCS的控制功能下放到现场，由现场智能仪表完成数据采集与处理，控制运算和数据输出等功能。

大庆油田采油二厂南四东、南四西、南三西聚合物注入站采用FCS控制系统，通过现场DXLON控制、采集模块采集一次仪表数据进行数据处理，由数据总线连接到中央控制机上。完成了控制系统的实时动态画面显示、历史数据记录、趋势显示、报警记录及报表打印等生产管理。实现了储罐液位指示、报警；单井注水量和聚合物注入量的计量；聚合物母液来液量计量；注入泵出口压力指示、报警、联锁，注入泵入口汇管压力指示、报警、联锁及来液流量的监测控制等。

1.2 集散控制系统特点

用在注聚工艺控制系统的DCS控制是采用工控机作为操作站，PLC作为控制站，它们之间通过网络连接，收集生产数据、传达操作指令，其特点是分散控制集中管理。

由于置于主控室内的控制站采样输入来自现场仪表，每一路I/O信号均需在现场与主控室之间传输。因此，存在信号电缆多、抗干扰能力差、维修困难和其整体可靠性降低等缺点。除此之外，目前因DCS控制系统的硬件各异，且软件与通信协议各家专用无法兼容，使用户在功能扩展上受制于原程序开发商。

1.3现场总线与集散控制系统对比分析

(1)硬件投资对比分析。由于现场总线系统中分散在现场的智能仪表具有互接执行各种信号控制、计算、调节功能，因而不需要单独的调节器及计算单元，也不需要DCS系统信号调解、转换等功能单元以及复杂的接线，从而节省硬件投资。注入站FCS系统与DCS系统相比，仅硬件投资费可节约10万元。

(2)安装费用分析。现场总线的接线十分简单，一条双绞线通常可以挂接多台仪表。因而节省了大量电缆、端子排和桥架等；接口与连线校对安装的工作量也较少，当需要增加现场控制仪表时，直接接入原系统，软件费用和施工费用与DCS相比也要减少。

(3)系统性能分析。现场总线技术使用户可以自由选择不同厂商所提供设备来构成系统控制，各类设备、软件及接口实行兼容协议。DCS系统现场仪表与控制室设备采用点对点连接，集中与分散相结合的结构，而FCS系统一次仪表与模块在现场串接，通过一条通信线传输到计算机上，实现了控制功能的彻底分散，简化了控制系统的结构。由于系统结构简化，设备间的连线减少，减少了信号的往返传输带来的信号干扰，提高了系统工作的可扩展性、可靠性、安全性,便于管理与维护。

2.注入站控制系统的优化分析

2.1 注入站母液流量混合比控制优化

(1)混合比控制流程。注入站聚合物、清水注入量要按照地质方案施行，目前大庆油田采油二厂注入站采用混合比自动调节阀控制器调节母液输入量，其控制流程是：混合比自动调节阀控制器采集聚合物母液流量计及清水流量计的流量反馈信号后；与设定值进行对比、运算，输出控制信号控制母液调节阀，完成聚合物与清水混合稀释注入井中。

(2)控制结构优化。由于新建注入站都采用微机控制系统，因此，混合比自动调节阀控制器所实现的功能可通过计算机系统完成，并可以节约系统设备费用。以南4西1号注入站为例，设计用计算机系统实现母液控制功能，DXLON控制模块采集聚合物母液流量计及清水流量计的流量反馈信号后，与设定值进行对比、运算，输出开关控制信号给电动调节阀，控制母液的排量。实现这一功能，只需现场DXLON控制模块中，增加开关量输入、输出模块各两块，控制功能通过计算机软件编程，即可实现母液控制阀的状态检测及控制功能。

(3)经济效果分析。以大庆油田采油二厂南4西1号注入站为例，安装13台混合比控制器按每台0.9万元计算，共需11.7万元，而用计算机控制母液量需增设接口板费用约4万元，预测可节约投资7.7万元。大庆油田采油二厂采用工控机检测的15座注入站共329口井，若每口井都节省混合比控制器费用，约可节省194万元，为此在今后新建站中，建议考虑此方案，以减少投资。

2.2 注入站母液液位控制优化

母液罐液位控制采用母液液位控制柜，控制流程为：母液罐液位检测信号给控制调节装置，控制电动阀的输出，该装置安装在阀组间或泵房内，就地自动控制，显示远传至值班室，这种控制存在的弊端是：①控制装置离值班室较远，给液位控制带来不便；②控制设备繁琐，投资加大。为此建议对其进行改进，改进方案如下：①对于采用常规仪表控制的站，在控制室加装调节器取代母液液位控制柜；②对于计算机控制的注聚站，可直接加装控制模块或利用其冗余模块作为调节机构，这样每个站可节约资金1.5万元。

另外各别注入站，动力控制柜与仪表盘设计在一个盘柜里，强、弱电设计在一起，给仪表维护的安全带来隐患。同时，强电场对仪表干扰大，影响仪表监测、传输、控制的准确性。为此，建议分设仪表控制柜和动力控制柜。

3.结论及建议

通过对注入站、注水井计量与测控仪表系统的应用分析，得出以下结论：

(1)FCS与DCS系统相比，不仅可以节约投资成本，而且抗干扰性强、稳定性好、便于维护，建议在今后新建注入站计算机控制中采用此控制技术。

(2)对新建微机控制的注入站，将各井母液与清水混合比控制纳入微机系统检控，替代混合比控制器，建议新建站将该功能纳入微机控制。

(3)用微机系统或调节仪表实现母液罐液位控制，取代母液罐液位调节装置。