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油田井站输油温度自动监控系统设计

文档作者：薛启龙黄蕾蕾武文涛叶华兴文档来源：中国石油大学(华东)石油工程学院辽河油田分公司高升采油厂		点击数：	更新时间： 2021年10月12日
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石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2009年6月第31卷第3期
Journal of Oil and Gas Technology(J．JPI) Jun．2009 Vo1．31 No．3
油田井站输油温度自动监控系统设计
薛启龙，黄蕾蕾 (中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266555)
武文涛，叶华兴 (辽河油田分公司高升采油厂，辽宁，盘锦1 241 25)
[摘要]采用DS18B20温度传感器、VB软件编程、PID和模糊控制相结合的方式，设计了专门用于油田
计量站原油出口温度自动监控装置，提高了温度测量的准确性， 避开了输油过程中众多中间环节影响因
素的分析。能够及时发现异常状况，并及时在站内自动调节．简单实用， 提高了油田自动化生产和安全
管理能力，具有一定的推广价值。
[关键词]监控；加热炉；DS18B20；VB6．0
[中图分类号]TE863 [文献标识码]A [文章编号]1000—9752(2009)03—0324—03
在采油厂管道输油的过程中，当石油管道发生泄露时，随着管道内液体的迅速流失，管道内的温度
和压力会骤然下降。由于油井产的原油中，水所占的比例不同时，管道的温度也是不同的，随着常年的
开采，石油含量会减少，管道的温度会明显的变化，故通过单井管道的温度变化趋势可以判断出油井的
产油情况。不同的油井产出的原油质量不同，管道的温度也不同。此外，季节的变化，也会影响输油管
道的温度值。如果发生停井故障，输油管路内原油因没有新采集的原油补充而不再流动，随着时间的推
移温度也会降低。因此对输油管路温度的检测控制对于及时判断油田生产状况也是非常必要的。
1 设计方案
温度自动监控系统主要通过DS18B20温度传感器对每个管道出油温度进行测量，采用计算机串口
传递数据，数据传递到计算机后，通过软件进行记录存储并分析，当温度不在要求范围内时，计算机发
出控制信号，控制电磁阀调节天然气供给量，从而调节加热炉原油出口温度。
数字温度传感器DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I／O端口即可完成与微
处理器的通信；在一1O～+85℃温度范围内具有4-0．5℃精度；用户可编程设定9～12位的分辨率[¨。
以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统，硬件电路连接简单，测温准确，
可以较好的满足本系统的要求。
控制系统采用PID和模糊控制相结合的方
式，提高了控制的精确性和可靠性，当系统硬件
部分发生故障或者由于特殊生产状况致使控制过
程无法进行时，驱动报警显示电路。
在数据处理上，除了显示历史曲线，记录控
制轨迹等本地数据库的一些常用功能外，还设计
了数据上传和网络共享功能。系统总体硬件结构
如图1所示。
l温度传感器r-— __ 天然气电磁阀I
站内PC __ 油田总数据库
力传感器卜_◆ __ 报警显示电路
图1 系统硬件结构图
[收稿日期]2009—02一z2
[作者简介]薛启龙(1983一)，男。2002年大学毕业，助理工程师，硕士生，现从事油气井信息与控制方面的研究工作。
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第3l卷第3期 薛启龙等：油田井站输油温度自动监控系统设计
2 系统主要功能及硬件实现
2．1 测温部分
灵活的软件编程可使计算机并口与DS18B20的连接方法多种多样，该设计采用并口的三端口连接
DS18B20温度传感器。通过对并口的一线置l和并口地作为DS18B20的供给电源，这样可以省去)HJn
电源，达到安装简易、控制灵活的目的。另一根线则作为对DS18B20数据读写操作的数据总线，此单
线将在软件的控制下模拟单线协议机制的时序[2]。
2．2 控制部分
由于加热炉安装位置的不同，原油经加热以后还须经过一段长距离的输送过程才能进人油田井站，
精确控制加热炉出口油温并不能保证稳定的进站温度。该系统主要以油田计量井站为监测控制主体，通
过控制出站天然气量来控制进站原油温度，从而在保证稳定的原油进站温度的基础上最大限度地降低能
耗。
该系统共设计了2个反馈闭环控制，一是根据出油温度自动校正单井天然气管输压力；二是单井天
然气输送管道压力自动稳定反馈。整个控制过程考虑使用模糊控制[3]和PID控制相结合的方式。控制
流程如图2所示。
在自动控制系统现场有了准确地控制信号反馈量后，必须还要有精确的控制执行机构。在本系统中
精确的控制执行机构为电动调节阀，控制进入加热炉的天然气量，它在该控制系统中起主要作用。
3 软件设计
图2 综合控制流程框圈
3．1 测量记录模块
测量模块部分先在DOS环境下设计，通过并行口驱动DS18B20。由于单总线器件DS18B20通信功
能是分时完成的，有着自己独特的时序和操作命令[4]，所以必须按协议进行， 即：初始化DS18B20
(发复位脉冲)一发ROM 功能命令一发存储器操作命令一处理数据。VB程序的最终可靠执行需要对其
有良好的控制。每一次VB界面的操作都是上层应用程序通过接口函数对硬件电路的访问。设计中包含
3大主要部分：序列号的测定、温度阀值设定、观测点温度显示。
3．2 控制模块
程序开始首先进行内部参数的初始化。接着检查特殊功能模块安装位置是否正确。．当安装位置正确
时，设定目标温度值和压力值，当用户未设定时， 自动默认为系统初始测试值。整个控制模块可以分为
2部分，一是天然气压力的PID控制，二是输油温度的模糊控制。
当原油进站温度趋于稳定时，监测天然气单井管线压力值，采用PID控制，当测量压力值和目标
压力值相差一定范围时，且这种状态持续60s，PID调节输出数字量，控制电动调节阀工作。其中PID
的参数设置参考PID控制器的参数整定方法的原则及经验[5]：PID采样周期(T)为25s，输入滤波常
数(q)为52 ，比例增益(KP)为85 ，积分时间(TI)为250s，微分增益(KD)为52 ，微分
时间(TD)为45s。
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·326· 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2009年6月
对原油输油管道进站温度的控制采用模糊控制，编写模糊控制器控制算法。实际运行中，在选定输
入、输出域、确定了模糊子集、建立了模糊控制规则后，就可计算出输入、输出间的模糊关系。对于输
入域的每一点，可以选定一种模糊化方法转化为一个模糊子集，并根据推理合成规则得出输出的模糊子
集。再选定一种判决方法，可以得出对应输出域上的每个点的输出值。由它们组成一个输入域和输出域
的对应表，称之为查询表。查询表用计算机事先计算好，存于计算机内存中。实时控制过程中，根据模
糊量化后的温度误差及误差变化，直接查找查询表以获得控制量的变化值，再乘以比例因子，即可作为
输出去控制被控对象[33。
3．3 数据处理模块
数据处理模块主要完成采集数据处理、网络连接[6]、报表及历史趋势图形的生成等功能。主要包括
以下几点：①通信协议采用TIP协议，每一计量站从机均有唯一的IP地址。② 生成网络数据库，其中
报表包括瞬时、日、月、年的分项分类报表，生成的图形有趋势图、柱状图。在进行图表浏览时，可同
时打开多个窗口，操作十分方便。③报警功能，当接收到的数据在短时间内变化过大，超出自动控制能
力范围时，系统将自动报警。其他网络授权用户可以用实时浏览软件通过局域网随时查看检测系统生成
的报表、图形、数据，及时了解检测现场的生产状况。
4 结 论
综合以上设计过程，可以看出本系统主要有以下特点：
1)由VB6．0开发的温度监控系统，编程简单，人机界面直观，操作灵活方便。
2)采用DS18B20温度传感器，实现了具有界面化的实时多点阵列的温度采集，克服了一般温度传
感器设计电路复杂、稳定性和可靠性差的缺点，提高了系统抗干扰能力。
3)采用PID和模糊控制相结合的方式，控制精度高，安全可靠。
4)系统提供数据网络化共享支持，为将来数字化采油厂建设，完成生产、管理部门全部联网，实
现生产动态网上监控打下坚实的基础。
[参考文献]
[1]余威明．DS18B20高精度多点温度检浏显示系统[J]．仪表技术，2007，11(3)：37～39．
[21郑芯蕊，郭黎利．一种基于DS18B20的计算机控制测温网络[J]．森林工程，2005，21(5)：71～72．
[33苗敬利，安新，马文辉，等．基于VB6．0的加热炉温度控制系统的设计与实现[J]．煤矿机械，2004，12(13)：81～83．
[4]金菇，刘彭义，张葡青．基于单总线数字温度传感器的分布式测温系统[J1．暨南大学学报(自然科学版)，2004．25(1)：51～
56．
[51文丽松，高磊．热处理炉温度自动控制系统的设计与改造[J]．计测技术，2008，28 (增刊)：22~25．
[6]张奎，罗炼刚，鲍秀华，崔洪辰，等．油田井站计量监测系统及网络化的实现EJ]．信息与自动化，2002，13(4)；3o~32．
[编辑] 苏开科

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