plc称重式油井产量计量系统及数据采集与控制单元设计.doc

辽宁石油化工大学毕业设计（论文）Graduation Project (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目称重式油井产量计量系统及数据采集与控制单元设计TITLEThe output measurement system of weighting petroleum-well and the data acquisition and the design of the control unit学 院创新创业学院SchoolInnovation and entrepreneurship College专业班级实验1202Major&ClassExperiment 1202姓 名关智洪NameGuan ZhiHong指导教师石成江SupervisorShi ChengJiang2016 年 6 月 10日论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。特此声明。论文作者（签名）： 年 月 日 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸摘 要随着经济的飞速发展，能源问题日益成为一个世界性的难题，也一直是中国经济发展中的热点和难点问题。石油对经济建设的重要性，决定了石油企业在国民经济中的重要地位。而石油企业的竞争力又决定于油田的产量及综合管理水平，因此，做好油井的产量计量工作具有重要的意义。及时、准确的计量油井产量，并根据产量变化及时掌握和分析油井生产情况，是油井计量工作的根本目标，对于制定生产方案和油井管理水平的提高具有重要的指导意义。目前，常规油井产量计量的方法受环境影响大，且未全面实现对多井全自动连续计量，对此本文提出了一种新的计量方案，这种新的计量方案可对多路来油进行自动选井计量，并且能消除稠油粘结带来的影响。本文主要完成的工作如下：(1) 对国内外相关油田、油井的计量技术和方法的优缺点进行比较，同时对相关技术在实际工程的应用和发展前景进行论述。(2) 根据常规油井计量方法的不足，在现有的翻斗式原油计量方法的基础上，本文研究了一种新型的油井计量方案，方案中提出了机械结构设计与自动控制方面的要求及一种新型油井计量原理力矩平衡原理。并且设计了一套多口油井共用的计量装置；并对新型的计量原理在理论上进行了研究，分析了误差来源及计量精度，验证了方案的可行性。(3) 对计量装置的机械结构进行设计，根据已提出的机械结构设计的要求，对计量装置的各部件进行了设计。设计内容包括主要部分机械结构的作用分析、部件选材、部件尺寸确定及各部分结构之间的相对位置。(4) 根据已提出的自动控制要求，对自动控制系统进行了硬件设计与选型，包括网络结构设计、PLC与仪表的选型及硬件接线。(5) 通过对计量过程的分析，确定了计量系统应实现的功能，并由PLC和工控机分别完成。在工控机上开发监控画面、对数据进行必要的计算处理，PLC采集现场设备信号，利用PPI电缆实现PLC与工控机的通讯。在监控画面上，通过简单的人机交互，实现必要参数的设置，从而实现计量装置的全自动计量过程。关键词：翻斗式计量装置;计量原理;自动选井;PLC通讯 AbstractWith the rapid development of economy, the energy issue has become a worldwide problem, and has also been a hot and difficult problem in the development of Chinese economy . The importance of oil on the economic construction , decided the oil companies are on the important position in the national economy. Because the competition ability of oil enterprise bases on their oil production and the comprehensive management level, so the output of oil Wells measurement is of great significance. The basic goal of oil well measurement work is accurate measurement of the oil well production on time,change control in time and analyse the oil well production situation according to the production, which has important guiding significance for making the production plan and raise the level of management. At present, the conventional methods of oil production measurement are affected largely by environmental, and cannot realize continuously and automatically measure many oil wells,so as to solve this problem, this article puts forward a new measurement solutions. This new measurement schemes can automatically choose an oil well measurement, and can eliminate the effects of heavy oil bond. This paper mainly completed work are as follows:Firstly, it compared the advantages and disadvantages of measuring technology and method related to the oil field and oil wells in the inland and foreign countries, then, discussed the application in practical engineering and development prospects of relevant technology.Secondly, according to conventional methods shortcomings of measure of the oil wells and on the basis of existing tipper-hopper crude oil measurement methods, this paper studies a new type of oil well measuring scheme, which puts forward several requirements on the mechanical structure design and automatic control, present a new oil wells measuring principlemoment balance principle, and designs a set of common measurement device shows by oil wells; This paper also studies the new measuring principle in theory, analyzes the error sources and measurement precision, and verifies the feasibility of the scheme.Thirdly, I design the mechanical structure of metering device , according to the mechanical structure design requirements put forward before, and design components of the metering device. The design content including the function analysis of main parts of mechanical structure, choosing materials for mechanical components, and to determine the size of the relative position between every structure.Fourthly, according to the automatic control requirements put forward before, do hardware design for the automatic control system and the hardware selection, including the network structure design, PLC and instruments selection and hardware connection.Fifthly, getting through the analysis of measurement process, determine the function the measurement system should be respectively realized by PLC and industrial PC . On the industrial computer we develop monitor screen, perform necessary data calculation; PLC collects local equipment signal; builds the communication between PLC and industrial PC by using of PPI cable. On the monitor screen, through the simple human-computer interaction, we can set necessary parameters, so as to realize the metering devices automatic measuring process.Keywords: Tipper-hopper measuring device, Measuring principle,Automatically selecting well,PLC communication目录1 绪论11.1 油井产量计量的现状11.2 国内外技术11.3 油井计量技术存在的问题31.4主要研究内容42 总体方案设计62.1机械结构简介62.1.1 多通阀72.1.2 伞形气液分离器82.1.3 承液盘82.1.4 计量料斗92.1.5 连通管102.1.6 浮子调节阀102.2 主要性能参数的确定112.3控制系统的设计方案112.3.1 计量装置机械结构112.3.2 自动控制系统结构112.4控制系统的设计要求122.5工作原理133 计量系统的硬件设计153.1 PLC基本结构与性能153.1.1 PLC的产生背景153.1.2 PLC的特点153.1.3 PLC的硬件组成163.1.4PLC的主要性能指标183.2控制系统的网络结构193.2.1 自动控制系统的网络结构设计193.2.2 自动控制系统要实现的功能213.3自动控制系统要实现的要求223.4上位机的硬件设计（工控机）233.5下位机（plc）选型及模块配置243.5.1 PLC的机型选择243.5.2 确定I/O点数243.5.3 容量估算253.5.4 模块选型263.6传感器选型273.6.1 称重力传感器的选型303.6.2 温度变送器选型303.6.3 压力变送器与差压变送器选型313.6.4 接近开关选型324 控制系统的联网与通信334.1网络概述334.1.1联网目的334.1.2网络结构334.1.3通信方式344.1.4网络配置354.2 WinCC组态软件364.2.1 WinCC组态软件简介364.2.2WinCC组态过程的实现374.3 网络通讯协议414.4 PLC与上位机通讯415 结论43参考文献45谢辞47VII1 绪论1.1 油井产量计量的现状油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作.对油井产量进行准确、及时的计量对掌握油藏状况制定生产方案具有重要的指导意义。目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。随着技术的进步,油田越来越需要功能强、自动化程度高的油井计量设备以提高劳动生产率和油田的管理水平。油井产量的准确及时计量是油田生产管理中的一项重要工作,对掌握油藏状况和制定生产方案,具有积极的作用。传统的油井产量计量设备简单、耗资少，且无法实现油井产量的连续计量，只能近似的求出油井产量，原油系统误差比较大。例如两相分离仪表计量装置中使用的质量流量计往往会受计量装置中的气体含量、安装位置以及结蜡等因素影响，从而使计量精度存在一定的误差。而三相分离装置比较麻烦，不仅需要的设备多、仪表多，而且操作难度大、流程复杂、难于管理且维修费用高。其精度性、可靠性及适应性等方面难以达到要求。而称重式油井计量装置是一种集分离与计量功能于一身的装置,具有占地面积小、投资省、计量精度高、操作简便、能耗小、劳动强度低等特点,能够替代传统立式油井计量分离器量油。1.2 国内外技术目前油井生产系统流程为延续了40多年传统的“单井一计量站一接转站（或联合站）”的“三级布站”模式。国内所采用的计量方式主要有立、卧式两相分离器。人工取样化验含水率，智能涡轮测气仪测气。与国内相比，在采出过程，转油站，联合站，油气输送网络等系统的自动化程度与使用的技术基本相同，只是某些设备比国内先进。外输与计量系统的控制主要包括精度计量系统的控制、罐区自动控制、换热及泵或压缩机的自动控制，其他辅助设备的控制，安全系统的自动控制等。这些自动控制系统从技术方面讲都比较常规，只是国外主要设备先进，自动化程度较高。国内的计量系统的控制可以实现自动计量过程，但自动化程度不高，设备不够先进，与国外的计量系统存在差距1。美国、苏联的油井计量装置整体自动化水平比我们高。其计量装置中选井控制，界面、液位控制，计量过程都实现了自动化；选井阀有多通阀也有三通阀，而我国选井多采用手动，这就使自动化水平降低很多。美国的微机应用水平高，性能稳定可靠，而我们的微机在油井计量中的应用才刚刚开始，其可靠性、稳定性、技术水平等都不理想2。在油井计量中，采用多通阀选井，整个计量过程中针对不同阶段，采用不同的计量方法。按照最恶劣的情况建设设计油田，即采用三相分离计量法，随着开采进行原油中含水率的升高，由最初的两相分离法逐渐过渡到采用三相分离法。为了实现在线连续计量，可以结合一些仪表配套使用3。随着世界自动化技术的飞速发展，我国油气田自动化技术也得到了快速提高。在采油井的产液量、含水率和产气量的计量上，为适应低产油井的需要，提出了许多新的计量方法，研制了相应设备，如三相不分离计量、功图法量油；生产过程控制系统PLC、DCS和SCADA系统的应用。另外，随着老油田进入高含水期，油井计量的难度越来越大，提高目前井口计量精度和管理水平，已成为油田生产中亟待解决的一个重要课题。油气田生产过程监测控制和企业管理一体化信息技术，是未来油气田自动化发展的主要方向4。(1) 向仪表化方向发展。随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用，油井产量计量中采用操作读数方便简单的仪表成为必然趋势。(2) 向高精度方向发展。随着油田开发的进行，生产状况越来越难以掌握，为了及时的掌控油田生产情况，高精度仪表的使用成为必须的条件。另外高精度仪表的成本随着技术的不断成熟，成本越来越低，促使其应用范围不断扩大。(3) 向快速化方向发展。随着经济发展的加速，为了及时掌控油田油井的生产装况，必须缩短油井产量的计量周期，提高计量速度。(4) 向自动化方向发展。自动化技术的应用降低了人工劳动强度，提高了劳动生产效率。在油井产量的计量过程实现自动化生产既是现下的目标，也是将来发展的唯一方向。1.3 油井计量技术存在的问题(1) 计量时间短，误差大传统油井计量流程复杂、投资大，“三天量一回，以点代面”计量方式导致单井日累计液量存在较大的误差，使得单井日报表液量不能真实地表现油井的实际产能状况；例如，玻璃管量油在进入高含水期后，由于单位时间内液量的增加，量油时间缩短到12min，甚至更短。用如此短时间内的产量代表24h的产量，造成的误差往往达到10以上。(2) 人工测定原油含水率误差大要准确测量油井的产油量，就必须准确测出原油平均含水率。当前油田自动化和生产分析设计工作没有有机地结合，没有利用自动采集了的实时数据来建立以提高油井产量和系统效率为目标的工况诊断、优化设计、功图法量油计算分析系统；由于目前采用人工取样的方式测定原油含水率的精度与操作者的技能状况有很大关系，测量误差较大，有时几次测量值的平均差值率高达2030在这种状况下单井的产油量与产水量计量值很难反映真实状况。而且建站时建有的在线含水分析仪，实际生产过程，从未使用过而全部报废拆除了。(3) 产气量流量计多未运行尽管配置了计量油井产气量的流量计，但实际上使用情况并不好，尤其是低气液比的井经常发生气管线窜液现象，造成计量装置失灵，最终结果是计量误差较大。大部分未能正常运行，许多计量站甚至从未用过。加之孔板多年不检定，即使在用也很难说清其计量的准确度。(4) 建站投资高、设备占地面积大。国内油田在油井计量方面做了大量研究，实现了油井自动计量。但仍存在诸多问题，当前的油井自动化主要是将功图、电参数等数据传回中心控制室，主要是采集而没有控制功能，没有利用数据深度加工分析结果实现工艺控制，不能进行完整意义上的实时优化、智能控制。如：由于采用单罐计量，不能真正实现24h连续计量；用于液位检测的仪表易发生挂料、卡死现象，造成电动阀误动作，计算结果不准确;在线含水分析仪现场使用效果不理想；分离器压油比较困难等5-8。总之，我国目前的油井计量技术还需向高精度、高速率、高自动化的方向发展。因此，深化油井实时动态监测分析优化技术的研究与应用，对提高油井整体技术管理水平有着较大的技术空间和实际意义9。为了有效克服以上问题，本次设计将引用PLC技术。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。对于油田计量的具体工作来说，系统会根据预先设定好的顺序进行自动地循环、计算和控制，也可以人为地中断机器的工作并进行适时调整。计量的控制主要分为自动、指定、停止3个过程。采用这种装置不仅提高了作业的连续性，降低了工作成本，提高了作业效率，并且比以前的传统技术更具有可持续发展性，测量精度也得到进一步的提升，提高了油田各项指标资料的准确性。1.4主要研究内容本课题研究的新型油井自动计量系统的创新之处在于，一是采用了力矩平衡原理，实现了油井真正意义上的称重计量；二是在翻斗式称重计量的基础上，采用PLC自动进行数据的采集、传输与井位选择控制。利用PLC与上位机PC机通讯,进行远程控制，实现自动控制多井连续计量等多种计量方式。翻斗式称重计量通过两个计量料斗轮流翻转称重的方式实时在线计量油井原油的产量，消除了油气分离效果差、稠油沾粘带来的计量误差。其计量原理是在两个计量料斗上各安装一个称重力传感器，计量目标油井原油（含油气），由计量罐顶部进入计量罐，经过罐内的分离器进行油气分离后，油气从罐的上部出口流出，原油进入左料斗（假设），随着左料斗承重的增加，当增加到一定量时，平衡被破坏，左右料斗围绕轴心翻转，右料斗开始对原油进行计量，左料斗开始泻油，同时右料斗开始承载原油。这样左右料斗不断轮流工作，对原油计量。PLC采集称重力传感器数据，并通过通信线路传输到上位的PC机，PC机对其接受的数据进行处理，计算出在一定时间内料斗称量的原油重量，即可得到该口油井在这一时间的产量。采用这种自动计量系统，不仅消除了油气分离效果差、稠油沾粘带来的计量误差，还克服了由手动选井进行原油产量的计量给工业生产带来的不便。具有人机交互方便、显示画面直观、传输数据可靠、计量结果准确等优点，实现了油井的液、气、两相计量，具有成本低、自动化程度高、计量精度高等特点。具体研究内容包括以下几个方面：（1）设计油井自动计量系统；（2）硬件设备的原理及选型；（3）控制系统的联网与通信。2 总体方案设计油井计量装置由多通阀、储罐、S7-200PLC、计量罐、泵、加热源、气体流量计、温度和压力传感器以及工控机组成。原油计量的过程是在计量罐中进行的，它是油井自动计量装置的主要部分，它由罐体、伞形分离器、承液盘、翻斗、降液管、加热盘管、称重力传感器、侧装浮球液位开关等部件构成，其中主要的计量部件是翻斗(其中称重力传感器是该计量装置的主要部件，能够得到一系列的读数，进而求得原油的产量)。2.1机械结构简介计量装置的机械结构部分包括：计量罐、伞状油气分离器、降液管、承液盘、连通管、计量料斗、称重力传感器、支架钢丝网、浮子调节器、进出油管线等。这些部件结构按一定布局安装在计量罐内，与计量罐外的多通阀一起构成的机械整体成为计量系统的机械结构，如图2.1所示。图2.1 计量装置的组成2.1.1 多通阀数控多通阀主要由多通阀体、电动执行器及控制器等组成。（1） 多通阀的结构原理主要由阀体、阀盖、阀芯组件、连接架组成。阀侧体上有多口油井来油入口，一个集输汇口，一个计量出口。阀芯有一个水平入口，一个向下的出口，水平入口与要计量的油井入口相通，向下的出口与计量出口相通，阀芯的水平入口与阀体上周围来油入口的密封是借助弹簧预紧力压紧密封环来实现的。当多通阀在电动执行器的驱动下转动阀芯时，阀芯的水平入口顺次与来油的入口相通。图2.2多通阀（2） 多通阀的特点多通阀的计量选井是在控制器软件的控制下工作的，控制器发出选井计量指令后，电动执行器开始带动多通阀转动，当转动到选井指令要求的井号时，多通阀会自动停止转动，被选定的油井来油会从计量出口流出，其余井的来油汇聚从集输出口流出。多通阀计量是在传统计量工艺管汇配套立式分离器计量的基础上，将人工切换流程（上、下排闸门）改变为利用多通阀自动切换，通过手动或者自动方式选择某口油井的来液进入分离器，在分离器配套装置上设计自动液位采集系统，利用分离器量油计量原理自动计量单井产液量。多通阀计量优点为：第一，操作简单、方便，劳动强度低。操作中只需轻轻点击控制箱的按键，将计量井基本数据输入控制箱，计量操作通过集输计量选通装置控制箱来控制集输计量选通装置的操作，无需进行十几次阀门的操作；操作程序化、流程化、自动化，大大降低了员工的劳动强度。第二，实现全天候计量，保证油井产量客观、真实、准确。该自动计量技术可以根据需要设定计量周期，它可以按照设定的时间进行自动计量，微机随时记录量油结果；可以每天对油井进行多次计量，跟踪1口油井任意时间段的出油情况，保证了油井计量的准确性。第三，低成本投入，操作所需空间小。使用集输计量选通装置，1 个计量站一般只需要使用 1 套或者 2 套集输计量选通装置，占地面积小，投资仅为传统计量装置的40%60%。多通阀的结构特点，决定了采用多通阀的计量站工艺管汇实际操作所需空间相对较小，配套房间设施或保温设施规模小，可实现简易配套防护、保温。虽然多通阀计量装置改变了人工切换流程（上、下排闸门）的操作方法，但它的计量基础仍然是分离器计量原理，所以对处于高含水期特别是特高含水期且气液比低的油井计量后的排液十分困难。多通阀的使用，可以实现由同一个计量罐分时、循环计量多口油井。多通阀的应用可以实现多井的全自动选井与计量。这不仅克服了手动操作带来的不便，而且工作效率也能得到很大提高。2.1.2 伞形气液分离器稠油的油气比低，产气量少，油井产出的油气混合物，经进油口进入计量罐上部的油气分离器，落在散油帽上进行扩散，相对密度较大的油沿壁下滑到分离器的下部，经承液盘缓冲后从出油管（降液管）排出。气体由于相对密度较小，在伞面上与液体分离后集中上升，同时气体中的小油滴附在伞壁上聚集，附着壁上而流下，气由出气口排出。伞斜面的另一作用是使进入分离器的油散附壁上滑下，起到稳定油、水界面的作用，进而使计量准确。2.1.3 承液盘承液盘的作用是收集经过油气分离器分离出来的原油和水，集中由降液管落入到计量料斗中计量，同时也起到对落下的原油缓冲作用，减少原油起沫以及原油进入计量料斗时产生的冲击。2.1.4 计量料斗计量料斗时计量装置的核心部件，其中一个料斗进油达到设定值时，料斗翻转倒油，同时另一个料斗进油，当达到预设值时又翻转倒油，另一个同时进油，如此反复循环工作完成计量过程。料斗中承油的重量则通过各自的称重传感器读取。计量料斗如图2.3所示。基于力矩平衡原理的采油井原油产量计量装置的工作原理是: 通过多通阀选井后将采油井原油输送至计量罐，原油途经油气分离设备、缓冲装置和集液盘后，以稳定的液态流进一个计量料斗( 假设为右料斗进油)。在布置计量料斗的位置时，要满足两个条件: 一是保证料斗的上、下表面都在水平面上，但由于加工制造方面上的误差，料斗上、下表面可能并不平行，此时要保证料斗下表面处于水平位置上，这样才使来油的重心铅垂线始终与料斗中心线重合;二是保证三角形回转支撑板的侧面回转中心O1O2在铅垂方向上，这样能保证右料斗重心线到O1O2连线的距离L2是一个定值，减小重心偏移误差。当传感器与料斗连接后，左、右料斗只能围绕O1O2有转动趋势，但不能真正回转.图2.3为计量料斗示意图图2.3计量料斗2.1.5 连通管连同计量罐腔体，保证灌顶与罐底产生一定的压力差，这个压力差作为罐底出油口排油的动力，并配合浮子调节器保持罐底的液位高度。2.1.6 浮子调节阀浮子调节器是油气分离器上必不可少的液面控制机构，它能将设备内的液位自动控制在一定的范围内，避免设备发生抽空或冒顶事故，保证设备安全运行。油气两相分离器将油气混合物来液分离成液态（原油和水）和气态（天然气），压力由天然气出口处的压力控制阀控制，液面由控制器（浮子调节器）控制的出油阀调节。同时在本设计中还采用差压变送器测量罐底液体的液面高度，与浮子调节控制系统一起构成冗余形式的罐底液体液面监控系统。油气三通调节阀的结构主要由阀体、阀芯、阀盖、转臂、转轴、阀杆、导向盘及阀座等组成。作用方式为合流,能够满足油气分离后,对油和气分别进行调节与测量,并再重新混合进入混输集油流程的工艺要求。该阀有两个进口和一个出口,上面的阀芯用来调节天然气的流量,下面的阀芯用来调节原油的流量。两个阀芯作用相反,当上面的阀芯关小的同时,下面的阀芯就开大。原油和天然气的流向总是使各自的阀芯处于流开状态,这种结构能使调节阀处于比较稳定的状态之中。由此可见,该阀是一种油气合一的合流调节阀。图2.4浮子调节阀2.2 主要性能参数的确定在确定了计量系统的结构和功能后，经过分析、调研，确定的本研究开发的计量系统主要性能参数如下： （1）罐内介质温度： 50200（2）工作环境温度：-2035（3）工作压力：1.6MPa（4）介质：原油（5）测量精度：3.5%（6）测量通道数量：24通道（7）量程：0960T/d（8）最大循环测量次数：12次/d本次设计时，初步确定一口井的计量时间为5分钟，24口井循环计量一次需要2小时，每天（24小时）循环12次。每分钟两个料斗各翻转3次，即称重6斗，每个料斗设计最大容积量为120kg，则每口井每分钟可以计量重量为720 kg。测量通道数指利用一套计量系统可以对24口油井产量进行计量管理。最大循环测量次数指在24小时内，对24口井可以循环进行12次测量，当管理的油井数小于24时，循环测量次数可以适当提高。2.3控制系统的设计方案2.3.1 计量装置机械结构总体方案的机械结构部分主要包括计量罐与多通阀。计量罐主要由罐体、伞状油气分离器、计量料斗、称重力传感器、浮子液位调节器、加热盘管等主要部件构成。2.3.2 自动控制系统结构本设计计量系统采用通用手段，使用PLC作为下位机，工控机作为上位机，同时使用组态软件作为上位机软件进行监控。这里采用的是西门子S7-200PLC与WinCC组态软件，基于PPI协议实现对油井的自动计量系统的设计。下位机主要负责实现原油计量系统各项指标的数据采集、暂存及短期存储、数据格式转换及基本计算等功能。上位机主要负责实现数据分析及长期存储，画面监控，报表打印及远程传输等功能。在本系统中，采用PC/PPI协议实现上下位机的数据通信10，如图2.2所示。这样的控制系统省去了人工记数的麻烦，控制精确，显示画面直观。（1）上位机系统结构上位机采用研华工控机，监控软件采用WinCC组态软件；编程软件采用V4.0STEP7MicroWINSP6。(2) 下位机系统结构考虑到控制系统的稳定性与以后的可扩展性，下位机系统由西门子S7-200PLC若干现场与远传的仪表和传感器（温度传感器、压力传感器、差压变送器以及力传感器）、PPI通讯电缆、24V直流电源等构成，作为原油计量数据采集系统。(3) 上下位机通讯上、下位机通讯采用PPI通讯协议，利用PC/PPI电缆建立通讯。采用一个RS232，一个RS485作为通讯端口。2.4控制系统的设计要求（1）对计量罐罐底原油液位高度进行控制，以保证罐底出油口始终在原油液面之下，防止天然气随原油一起输送。同时还要保证料斗始终位于原油液面之上，以免料斗受到浮力，影响计量精度。在计量罐上设置差压传感器，测量罐底原油液位高度。当计量罐内压力足够时，依靠该压力可以将原油压出计量罐，进入计量站的储罐，完成脱水等工艺过程。依靠浮子调节系统自动维持计量罐内一定高度的原油液面。当罐内压力较低、不足以克服管道等外部阻力时，原油无法排除计量罐，此时，要启动罐外的油泵，强制排油。另外，考虑到微差压传感器的可靠性，可以在计量罐底部，沿高度方向布置若干个液位开关，对原油液面进行不连续监测。（2）对罐内（罐顶）天然气压力、温度进行测量，监测罐内压力。这样保证计量罐内压力不超过设计压力，避免重大事故发生。对温度监测目的是将罐内温度控制在一个合理范围，既要保证原油的流动性，又要防止由于温度过高造成轻质组分随气体排出。测量结果分为现场显示和远传计算机显示。（3）对罐底压力、温度进行测量，监测罐底压力。测量结果分为现场显示和远传计算机显示。当差压传感器出现故障时，可以利用罐底压力与罐内压力的差值对罐内原油液位高度进行监测。一般这种监测原油液位高度方法不是很好，测量精度不高，其原因是罐内和罐底的压力是以兆帕级单位表示，而原油液位高度产生的差压是千帕级的。利用罐底温度监测可对罐内原油温度进行监测，以控制加热热源，保证罐内原油不凝结。（4）多通阀位于罐外，被选中的油井的原油通过管路送入到计量罐的上部，经过油气分离后，进行原油计量。多通阀接受PLC送来的开关量信号（4位8421码），反馈阀位开关量信号（4位8421码）又送回到PLC，以控制所选油井是否到位。多通阀自己有单独的控制柜，它接受PLC指令控制阀位变化。（5）计量料斗采用两个称重力传感器，输出420mA信号送入到PLC，以实时测量料斗内原油重量。另外在料斗回转轴上设置两个触点，分别控制两个位置开关，当料斗翻转到位置时，该开关被闭合，PLC时刻监测这两个开关量信号，以判断料斗是否翻转，计算计量时间，并据此开关量信号采集力传感器信号，得到料斗翻转时的重量。根据料斗翻转时得到的重量值进行计算，得到原油重量和产量。2.5工作原理单井来液进入计量站内的多通阀装置后，通过阀内光电开关传感器使阀芯处于某一井位，同时将井位信号传递至 PLC。PLC 控制电动机带动阀芯旋转，当阀芯到达目标井后，目标井的来液通过阀芯从计量口管路输出，经气液分离后，液相进入质量流量计进行计量，气相通过气体流量计进行计量。质量流量计测出液相的密度、温度和质量流量等参数，气体流量计测出气相流量。PLC 自动按照用户设定的采集时间间隔，将采集的温度、压力、流量、气量等参数经过运算后，通过人机交互界面进行显示，同时通过 GPRS无线通讯模块将采集的计量数据实时传送至上位机的远程监控系统。系统在计量完一口油井后，会自动转至下一口油井继续进行计量，直至完成多口油井的自动计量与远程监控。图2.5工作原理图3 计量系统的硬件设计3.1 PLC基本结构与性能3.1.1 PLC的产生背景在可编程控制器问世以前，继电器在工业控制中占据主导地位。传统的继电器、接触器与PLC比较起来具有明显的缺陷，比如体积庞大、运行缓慢、可靠性低，更为严重的是其只能适用于固定的接线方式，一旦生产工艺或对象需要改变时，原有的接线就需要更换，实用时很麻烦，所以本课题将采用PLC。PLC是可编程逻辑控制器（Program Logic Controller）的简称。1968年，美国通用汽车公司为其提出了著名的“GM十条”11，其主要内容是：(1)编程方便，可现场修改程序。(2)维修方便，可采用插件式结构(3)可靠性高于继电器系统(4)体积小于继电器系统(5)可将数据直接送到管理计算机(6)成本可与继电