基于SCADA系统成品油油品界面监测方法

李朝伟

（中国石油西部管道公司，新疆鄯善 838202）

1 光学界面仪工作原理

光学界面仪在不同传播介质的交界面上会同时发生光的反射和折射现象，而反射光及折射光的比率与构成交界面的两种介质的相对折射率有关。正是利用了临界角双反射原理检测油品输送过程中混油段介质折射率的变化，进而实现油品界面检测功能。

2 超声波流量计工作原理

超声波流量计是利用声学原理通过对管道中流体的声速测量从而获得其流速值。目前原油及成品油管道多采用夹壁式超声波流量计，以时差法为测量原理，主要由超声波换能器、信号处理电路及流量显示系统等3部分组成。通过速度差测量流体的流速，且时间差与介质速度成正比，介质流速越快，时差值就越大。

流量计通过对管道内输送介质不同方向的超声波传播速度进行测量，并经流量计算机进行数据处理，得出管道内介质的流速和流量。且不同的输送介质超声波的传播速度不一样。

3 超声波流量计声速检测油品界面功能实现

西部某成品油输油站场进站超声波流量计可显示声速信号，通过观察汽油和柴油声速值不一样，采用超声波流量计声速作为油品界面监测信号，由于现场超声波流量计只有一个输出端口（4～20）mA，传输协议为 HART（Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）。而上位机需要显示瞬时流量、累计流量和超声波声速3个主变量，因此选用了AB（Allen-Bradley）公司MVI156-HART第三方通信模块，通过该模块可以同时采集这3个信号。

图1 Port 0口通信配置参数

HART模块通信配置，Port 0口做主设备，读取10个控制字，最大读取现场6台设备，Port 0口通信配置如图1所示。Pork0口配置2条命令字，读取内部地址从400开始，命令字如图2所示。PLC程序如图3所示，其中，B：16：I.Data数组类型为INT，通过COP指令将数据入HART1.Auto_Poll浮点型数组中。在 B：16：I.Data[2]-B：16：I.Data[11]中存放第一条控制字读取的主变量值，即HART1.Auto_Poll[1].PV中存放第一条控制字读取的主变量值。

图2 Port 0口读写命令参数

图3 PLC程序

采用先进的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，监视控制与数据采集系统）技术，将现场仪表信号通过第三方模块采入PLC（Programmable Logic Controller，可编程式逻辑控制器），并上传至人机图形用户界面。该SCADA系统由AB的PLC、通信服务器、操作员工作站、打印机、交换机、路由器和不间断电源等设备组成，主要完成站内工艺数据采集、监视、控制等功能，并向调度中心传送实时数据，接受调度中心下达的任务。

站场MMI（Man Machine Interface，人机界面）软件采用Telvent的OASYS，Telvent公司的OASyS SCADA是一个具有开放体系结构的系统，PLC采用AB的ControlLogix系列产品。PLC、通信服务器、操作员工作站、打印机、路由器、通过交换机连接成局域网。PLC通过路由器将数据上报调度中心，通信服务器通过局域网从PLC获得数据，工作站从通信服务器获得数据。当冗余机架中任一个机架上的任一模块出现问题，都会自动切到另一个机架上，CPU（Central Processing Unit，中央处理器）继续工作，不会影响现场I/O点的采集和控制。

4 2种监测方法的比较

通过近3个月的趋势图对比，以12月6日和12月8日为例，经过2个批次的油品切割声速与密度的变化保持一致，相比于光学界面仪稳定性和准确性更高，通过调校光学界面检测信号与密度基本保持一致，但也存在同一种油品中界面也会发生变化，有时油头已过界面才发生变化的情况。

根据一段时间采集的数据，发现汽油密度在（755～756）kg/m3变化时，声速在（1228～1238）m/s变化；柴油密度在（832～835）kg/m3变化时，声速在（1390～1420）m/s变化。12月22日，采集汽油推柴油数据（表1），发现超声波声速与密度变化一致，灵敏性高，信号稳定，对于密度的微小变化能够迅速反应出来，可以用于油品界面跟踪。如果用超声波流量计检测油品界面，可以停用成品油密度撬座，可以彻底解决由于光学洁面仪失准而无法有效跟踪界面的问题。不受时间天气设备检修的影响，实现24 h不间断检测。

5 结论

目前成品油输油站场普遍采用的是光学界面仪监测油品界面信号，由于其对介质的洁净程度要求较高，而国内成品油管道无法满足这一要求，需要频率很高的定期维护保养和调校，且稳定性和可靠性较差，这是所有国内管道上该设备的通病。

表1 汽油推柴油采集数据

利用超声波流量计声速检测方法，不需要与介质直接接触，超声波波长短、衍射性能差、定向性能优良，在不同的介质中速度稳定，通过实际应用，稳定性和可靠性也较好，可以在全国范围内推广。对基层单位来讲可以停用相应设备，降低管理难度和维护的工作量，实现一机多能。超声波声速监测油品界面的准确度、精度以及在不同环境温度下的差异还需进一步研究。