“5G+”时代智能化控制在大型气田井场站中的应用研究

唐楠（中海石油（中国）有限公司非常规油气分公司，北京 100015）

随着经济的发展和城市化的推进，能源结构也在不断调整，各项生产生活过程对天然气的消耗越来越多，对于天然气的需求持续增加，应用范围也在不断扩大。而这就给天然气的输送调配增加了难度，依靠传统的调配方式难以满足日趋增加的应用需求，因此场站需要创新的输送调配模式。在这里，场站将自动化，大数据、云计算、远程通信等先进技术结合到一起，与天然气传输和分配控制系统相集成，以改善和改进系统中需要做到的故障分析、局部∕区域需求分析、远程调配控制等功能的实现。其中天然气管网SCADA 系统的应用，给5G 自动化和智能化控制提供了重要的技术指导[1]。

1 “5G+”时代大型气田井场站智能化控制的要求

在“5G+”快速发展的形势下，因为天然气相关行业的应用越来越多，相关技术也在持续进步，以及客户需求的大范围和大量增加，有必要进一步开发、完善和提高5G 智能化控制系统。智能化控制系统是一种新的场站智能控制系统，它是在SCADA 系统的基础上设计出的，具有更全面的硬件配置，功能开发和系统集成能力[2]。场站的传统SCADA 系统更加注重站工况的数据采集，包括：温度，压力，流量等数据的收集和预警，控制功能少；新的智能系统在系统功能的基础上集成了传统的SCADA，借助开发链控制、远程压力调节、区域优先控制、数据采集系统、自动化计量等的集成，进行全新的功能开发，形成全面的子系统，实现场站的智能化和自动化管控[2]。基于传统系统的智能化控制系统主要特点是：（1）不再受人员，时间，天气，区域，距离等多种因素的限制。（2）当网络通信正常时，可以快速根据传输调度的需求调整计划（几秒钟内）；（3）调度中心可以快速向远程电压和流量调节系统发布电压或流量控制指令；（4）电压流量调节系统接到指令后，第一时间给出判断，结合工作条件快速完成压力或流量调节；（5）压力调节系统，借助传感器实时收集现场系统的运行参数，并远程传输给调度中心，为中心进行决策制定提供可靠的关系到管道网络状态的实时数据支持[3]。

2 “5G+”时代大型气田井场站智能化控制的组成

场站的智能控制系统包括顺序控制系统（SCS），该系统可以完成站内的控制切换等工作[4]。调压过程区采用监控调压器和电控阀的设计，联系可靠的压力、温度、流量等分析设备的使用，关联SCADA 系统平台，进行控制和管理。在该系统的支持下，场站的控制级别可以分为以下三级：一是地控制级，在场站内配置单体设备或设置子系统模块，进行就地、独立控制；二是站场控制级，可以实现对场站内设备运行参数、工艺状态等数据进行实时采集、运行监控、联锁保护，并借助远程传输系统与调控中心进行数据交换；三是调控中心级，由中心对整个场站和线路进行实时监控、调度和优化运行等操作。

3 “5G+”时代大型气田井场站智能化控制的功能

3.1 无人值守智能化管控

智能控制系统实现了智能化管理与控制。5G 的引用可以使智能化管理具备极高的数据速率，极低的滞后性，极高的移动网络覆盖率，极高的网络密度，以及无处不在的移动通信，这就会使得远程指令可以更快速的执行[4]。

在场站运行期间，由场站控制的RTU系统自动监视和控制场站的运行状态，包括工作状态数据收集，电源检测，故障报警，自动释放，电压和电流控制等。在正常情况下，如果需要进行场站维护或其他工作需要关闭场站的，操作人员可以利用RTU系统给出“场站正常关闭”命令，将场站关闭并退出操作平台。智能联锁控制主要具备切断和停止超压、泄漏以及低温热交换等功能，以确保大型气井井场的安全可靠运行。整个智能控制系统在硬件配置，控制功能和安全性方面完全实现了无人值守的智能管理和控制功能。

3.2 智能化高精度调压调流功能

智能压力调节系统进行调压是借助监控调节器、电动调节阀来实现的。一般正常情况下是调节调节阀的开度大小来调节场站的压力和流量，并利用远程压力和流量控制系统进行控制。调度人员在上层监控系统输入需求的压力或流量要求后，就可完成对管道压力和流量的调整。整个过程十分精确、快速，而且操作十分方便，还可以实现自动调峰，合理供气功能，平衡不同需求区间的天然气供应情况。这样就大大提高了气田的供气质量和运行安全性[5]。

3.3 5G智能化系统的技术特点

5G 系统虽然技术体系十分复杂，但操作比较简单，功能便利，用途多样，如下所示：（1）接入技术对用户透明，可以公开了解，而且终端和业务可以实现在网络和设备间的无缝切换。（2）无线设备之间相互关联，有较高的兼容性，操作简单，更好地为用户服务。（3）多样化的应用服务签约简单，账单统一。（4）无线通信的成本降低，平均到每个用户身上相比当前的资费水平更低。

5G 系统可以提供实时在线服务，在用户任何时间和任何地点有需求时都能提供线上服务，包括工业控制、紧急通信等。5G的时延更低，包括用户面时延和控制面时延，与4G相比缩短了5-10 倍，提供真正的24h 在线体验。另外，因为部分业务的安全要求较高，所以对可靠性要求十分高，而5G系统可以提供端到端可靠性99.999%甚至100%的服务。

3.4 智能化设备管理功能

系统设计将整个闸口站的智能仪表，电力系统设备和阴极保护设备集成到监控系统中，并对设备的运行状态进行全面管理和全面监控，包括：异地电力运行状态，自供电发电系统运行状态，电站UPS 系统运行状态等。借助该系统，工作人员可以随时掌握所有设备的运行状态，保证场站的安全可靠运行。

4 “5G+”时代大型气田井场站智能化控制系统的软硬件设计

硬件设计基于天然气场站的实际情况，并通过收集天然气传输过程的关键参数来执行监视和预警，以确保场站的安全运行。首先使用自动化仪器收集现场工艺参数，然后使用数据通信将收集的数据上传到实时数据库中，并通过组态软件开发的人机界面显示出来，以便操作员可以监视操作实时，实时地设定工作条件参数，合理设置报警参数和预警，以达到提高工作效率、确保生产和生命安全的目的[6]。

5 结语

“5G+”与场站相结合的智能控制系统的应用将取得良好的效果并达到设计目的。天然气场站的智能和自动化水平已得到质的提高；紧急处理能力也得到了极大提高，尤其是远程电压调节。“5G+”与场站相结合的智能控制系统的应用准确实现了远程调压（流量调节），平衡了管网内的供气量，大大减少了人员控制。今天的天然气行业正在蓬勃发展，5G 智能化控制系统基于自身的产品性能以及在通信技术，网络技术，计算机技术和控制技术方面的优势将拥有广阔的应用前景。