稱重式油井產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集與控制單元設(shè)計(jì)說(shuō)明

稱重式油井產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與控制單元設(shè)計(jì)

1緒論

1.1油井產(chǎn)量計(jì)量的現(xiàn)狀

油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作.對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量

對(duì)掌握油藏狀況制定生產(chǎn)方案具有重要的指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量

方法主要有玻璃管量油孔板測(cè)氣、翻斗量油孔板測(cè)氣、兩相分離密度法和三相分離計(jì)量方

法等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，油田越來(lái)越需要功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的油井計(jì)量設(shè)備以提高勞動(dòng)

生產(chǎn)率和油田的管理水平。

油井產(chǎn)量的準(zhǔn)確及時(shí)計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)掌握油藏狀況和制定生

產(chǎn)方案，具有積極的作用。傳統(tǒng)的油井產(chǎn)量計(jì)量設(shè)備簡(jiǎn)單、耗資少，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)油井產(chǎn)量的

連續(xù)計(jì)量，只能近似的求出油井產(chǎn)量，原油系統(tǒng)誤差比較大。例如兩相分離儀表計(jì)量裝置

中使用的質(zhì)量流量計(jì)往往會(huì)受計(jì)量裝置中的氣體含量、安裝位置以及結(jié)蠟等因素影響，從

而使計(jì)量精度存在一定的誤差。而三相分離裝置比較麻煩，不僅需要的設(shè)備多、儀表多，

而且操作難度大、流程復(fù)雜、難于管理且維修費(fèi)用高。其精度性、可靠性及適應(yīng)性等方面

難以達(dá)到要求。而稱重式油井計(jì)量裝置是一種集分離與計(jì)量功能于一身的裝置，具有占地面

積小、投資省、計(jì)量精度高、操作簡(jiǎn)便、能耗小、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，能夠替代傳統(tǒng)立式油

井計(jì)量分離器量油。

1.2國(guó)內(nèi)外技術(shù)

目前油井生產(chǎn)系統(tǒng)流程為延續(xù)了40多年傳統(tǒng)的“單井一計(jì)量站一接轉(zhuǎn)站（或聯(lián)合站）”

的“三級(jí)布站”模式。國(guó)內(nèi)所采用的計(jì)量方式主要有立、臥式兩相分離器。人工取樣化驗(yàn)

含水率，智能渦輪測(cè)氣儀測(cè)氣。

與國(guó)內(nèi)相比，在采出過(guò)程，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站，油氣輸送網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與使

用的技術(shù)基本相同，只是某些設(shè)備比國(guó)內(nèi)先進(jìn)。外輸與計(jì)量系統(tǒng)的控制主要包括精度計(jì)量

系統(tǒng)的控制、罐區(qū)自動(dòng)控制、換熱及泵或壓縮機(jī)的自動(dòng)控制，其他輔助設(shè)備的控制，安全

系統(tǒng)的自動(dòng)控制等。這些自動(dòng)控制系統(tǒng)從技術(shù)方面講都比較常規(guī)，只是國(guó)外主要設(shè)備先進(jìn)，

自動(dòng)化程度較高。國(guó)內(nèi)的計(jì)量系統(tǒng)的控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量過(guò)程，但自動(dòng)化程度不高，設(shè)

備不夠先進(jìn)，與國(guó)外的計(jì)量系統(tǒng)存在差距

美國(guó)、蘇聯(lián)的油井計(jì)量裝置整體自動(dòng)化水平比我們高。其計(jì)量裝置中選井控制，界面、

液位控制，計(jì)量過(guò)程都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化；選井閥有多通閥也有三通閥，而我國(guó)選井多采用手

動(dòng)，這就使自動(dòng)化水平降低很多。美國(guó)的微機(jī)應(yīng)用水平高，性能穩(wěn)定可靠，而我們的微機(jī)

在油井計(jì)量中的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，其可靠性、穩(wěn)定性、技術(shù)水平等都不理想⑵。

在油井計(jì)量中，采用多通閥選井，整個(gè)計(jì)量過(guò)程中針對(duì)不同階段，采用不同的計(jì)量方

法。按照最?lèi)毫拥那闆r建設(shè)設(shè)計(jì)油田，即采用三相分離計(jì)量法，隨著開(kāi)采進(jìn)行原油中含水

率的升高，由最初的兩相分離法逐漸過(guò)渡到采用三相分離法。為了實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)計(jì)量，可

以結(jié)合一些儀表配套使用⑶。

隨著世界自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)油氣田自動(dòng)化技術(shù)也得到了快速提高。在采油

井的產(chǎn)液量、含水率和產(chǎn)氣量的計(jì)量上，為適應(yīng)低產(chǎn)油井的需要，提出了許多新的計(jì)量方

法，研制了相應(yīng)設(shè)備，如三相不分離計(jì)量、功圖法量油；生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)PLC、DCS和

SOTA系統(tǒng)的應(yīng)用。另外，隨著老油田進(jìn)入高含水期，油井計(jì)量的難度越來(lái)越大，提高目前

井口計(jì)量精度和管理水平，已成為油田生產(chǎn)中亟待解決的一個(gè)重要課題。油氣田生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)

測(cè)控制和企業(yè)管理一體化信息技術(shù)，是未來(lái)油氣田自動(dòng)化發(fā)展的主要方向⑷。

(1)向儀表化方向發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步及各種氣體和液體流量計(jì)的廣泛應(yīng)用，油井

產(chǎn)量計(jì)量中采用操作讀數(shù)方便簡(jiǎn)單的儀表成為必然趨勢(shì)。

(2)向高精度方向發(fā)展。隨著油田開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，生產(chǎn)狀況越來(lái)越難以掌握，為了及時(shí)

的掌控油田生產(chǎn)情況，高精度儀表的使用成為必須的條件。另外高精度儀表的成本隨著技

術(shù)的不斷成熟，成本越來(lái)越低，促使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

(3)向快速化方向發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，為了及時(shí)掌控油田油井的生產(chǎn)裝況,

必須縮短油井產(chǎn)量的計(jì)量周期，提高計(jì)量速度。

(4)向自動(dòng)化方向發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效

率。在油井產(chǎn)量的計(jì)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)既是現(xiàn)下的目標(biāo)，也是將來(lái)發(fā)展的唯一方向。

1.3油井計(jì)量技術(shù)存在的問(wèn)題

(1)計(jì)量時(shí)間短，誤差大

傳統(tǒng)油井計(jì)量流程復(fù)雜、投資大，”三天量一回，以點(diǎn)代面”計(jì)量方式導(dǎo)致單井日累計(jì)

液量存在較大的誤差，使得單井日?qǐng)?bào)表液量不能真實(shí)地表現(xiàn)油井的實(shí)際產(chǎn)能狀況；例如，

玻璃管量油在進(jìn)入高含水期后，由于單位時(shí)間內(nèi)液量的增加，量油時(shí)間縮短到1?2min,

甚至更短。用如此短時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量代表24h的產(chǎn)量，造成的誤差往往達(dá)到10%以上。

(2)人工測(cè)定原油含水率誤差大

要準(zhǔn)確測(cè)量油井的產(chǎn)油量，就必須準(zhǔn)確測(cè)出原油平均含水率。當(dāng)前油田自動(dòng)化和生產(chǎn)

分析設(shè)計(jì)工作沒(méi)有有機(jī)地結(jié)合，沒(méi)有利用自動(dòng)采集了的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)建立以提高油井產(chǎn)量和

系統(tǒng)效率為目標(biāo)的工況診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)、功圖法量油計(jì)算分析系統(tǒng)；由于目前采用人工取

樣的方式測(cè)定原油含水率的精度與操作者的技能狀況有很大關(guān)系，測(cè)量誤差較大，有時(shí)幾

次測(cè)量值的平均差值率高達(dá)20%?30%在這種狀況下單井的產(chǎn)油量與產(chǎn)水量計(jì)量值很難反

映真實(shí)狀況。而且建站時(shí)建有的在線含水分析儀，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，從未使用過(guò)而全部報(bào)廢

拆除了。

(3)產(chǎn)氣量流量計(jì)多未運(yùn)行

盡管配置了計(jì)量油井產(chǎn)氣量的流量計(jì)，但實(shí)際上使用情況并不好，尤其是低氣液比的

井經(jīng)常發(fā)生氣管線竄液現(xiàn)象，造成計(jì)量裝置失靈，最終結(jié)果是計(jì)量誤差較大。大部分未能

正常運(yùn)行，許多計(jì)量站甚至從未用過(guò)。加之孔板多年不檢定，即使在用也很難說(shuō)清其計(jì)量

的準(zhǔn)確度。

(4)建站投資高、設(shè)備占地面積大。

國(guó)內(nèi)油田在油井計(jì)量方面做了大量研究，實(shí)現(xiàn)了油井自動(dòng)計(jì)量。但仍存在諸多問(wèn)題，

當(dāng)前的油井自動(dòng)化主要是將功圖、電參數(shù)等數(shù)據(jù)傳回中心控制室，主要是采集而沒(méi)有控制

功能，沒(méi)有利用數(shù)據(jù)深度加工分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)工藝控制，不能進(jìn)行完整意義上的實(shí)時(shí)優(yōu)化、

智能控制。如：由于采用單罐計(jì)量，不能真正實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)計(jì)量；用于液位檢測(cè)的儀表易發(fā)

生掛料、卡死現(xiàn)象，造成電動(dòng)閥誤動(dòng)作，計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確;在線含水分析儀現(xiàn)場(chǎng)使用效果不理

想；分離器壓油比較困難等回咒總之，我國(guó)目前的油井計(jì)量技術(shù)還需向高精度、高速率、高

自動(dòng)化的方向發(fā)展。因此，深化油井實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用，對(duì)提高油

井整體技術(shù)管理水平有著較大的技術(shù)空間和實(shí)際意義⑸。

為了有效克服以上問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)將引用PLC技術(shù)。PLC是一種專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用

而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。對(duì)于油田計(jì)量的具體工作來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好

的順序進(jìn)行自動(dòng)地循環(huán)、計(jì)算和控制，也可以人為地中斷機(jī)器的工作并進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。計(jì)量的

控制主要分為自動(dòng)、指定、停止3個(gè)過(guò)程。采用這種裝置不僅提高了作業(yè)的連續(xù)性，降低了

工作成本，提高了作業(yè)效率，并且比以前的傳統(tǒng)技術(shù)更具有可持續(xù)發(fā)展性，測(cè)量精度也得

到進(jìn)一步的提升，提高了油田各項(xiàng)指標(biāo)資料的準(zhǔn)確性。

1.4主要研究?jī)?nèi)容

本課題研究的新型油井自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于，一是采用了力矩平衡原理，實(shí)

現(xiàn)了油井真正意義上的稱重計(jì)量；二是在翻斗式稱重計(jì)量的基礎(chǔ)上，采用PLC自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)

的采集、傳輸與井位選擇控制。利用PLC與上位機(jī)PC機(jī)通訊，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

多井連續(xù)計(jì)量等多種計(jì)量方式。

翻斗式稱重計(jì)量通過(guò)兩個(gè)計(jì)量料斗輪流翻轉(zhuǎn)稱重的方式實(shí)時(shí)在線計(jì)量油井原油的產(chǎn)量，

消除了油氣分離效果差、稠油沾粘帶來(lái)的計(jì)量誤差。其計(jì)量原理是在兩個(gè)計(jì)量料斗上各安裝

一個(gè)稱重力傳感器，計(jì)量目標(biāo)油井原油（含油氣），由計(jì)量罐頂部進(jìn)入計(jì)量罐，經(jīng)過(guò)罐內(nèi)的

分離器進(jìn)行油氣分離后，油氣從罐的上部出口流出，原油進(jìn)入左料斗（假設(shè)），隨著左料斗

承重的增加，當(dāng)增加到一定量時(shí)，平衡被破壞，左右料斗圍繞軸心翻轉(zhuǎn)，右料斗開(kāi)始對(duì)原

油進(jìn)行計(jì)量，左料斗開(kāi)始瀉油，同時(shí)右料斗開(kāi)始承載原油。這樣左右料斗不斷輪流工作,

對(duì)原油計(jì)量。

PLC采集稱重力傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)通信線路傳輸?shù)缴衔坏腜C機(jī)，PC機(jī)對(duì)其接受的數(shù)據(jù)

進(jìn)行處理，計(jì)算出在一定時(shí)間內(nèi)料斗稱量的原油重量，即可得到該口油井在這一時(shí)間的產(chǎn)

量。采用這種自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)，不僅消除了油氣分離效果差、稠油沾粘帶來(lái)的計(jì)量誤差，還

克服了由手動(dòng)選井進(jìn)行原油產(chǎn)量的計(jì)量給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的不便。具有人機(jī)交互方便、顯示

畫(huà)面直觀、傳輸數(shù)據(jù)可靠、計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了油井的液、氣、兩相計(jì)量，具有

成本低、自動(dòng)化程度高、計(jì)量精度高等特點(diǎn)。

具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

(1)設(shè)計(jì)油井自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)；

(2)硬件設(shè)備的原理及選型；

(3)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)與通信。

2總體方案設(shè)計(jì)

油井計(jì)量裝置由多通閥、儲(chǔ)罐、S7-200PLC,計(jì)量罐、泵、加熱源、氣體流量計(jì)、溫度

和壓力傳感器以及工控機(jī)組成。原油計(jì)量的過(guò)程是在計(jì)量罐中進(jìn)行的，它是油井自動(dòng)計(jì)量

裝置的主要部分，它由罐體、傘形分離器、承液盤(pán)、翻斗、降液管、加熱盤(pán)管、稱重力傳

感器、側(cè)裝浮球液位開(kāi)關(guān)等部件構(gòu)成，其中主要的計(jì)量部件是翻斗（其中稱重力傳感器是該

計(jì)量裝置的主要部件，能夠得到一系列的讀數(shù)，進(jìn)而求得原油的產(chǎn)量）。

2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

計(jì)量裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括：計(jì)量罐、傘狀油氣分離器、降液管、承液盤(pán)、連通管、

計(jì)量料斗、稱重力傳感器、支架鋼絲網(wǎng)、浮子調(diào)節(jié)器、進(jìn)出油管線等。這些部件結(jié)構(gòu)按一

定布局安裝在計(jì)量罐內(nèi)，與計(jì)量罐外的多通閥一起構(gòu)成的機(jī)械整體成為計(jì)量系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)

構(gòu)，如圖2.1所示。

黜口、蛀即

進(jìn)油管餞

瓜皿ti勵(lì)i口（成,即

連通管

承液最30-OOMD頻，ST

降液生

力卷部出翱I、

目勃坤出口

浮刊節(jié)釉口

多路進(jìn)油管線

口穌中拆版胃口城,藤）

圖2.1計(jì)量裝置的組成

2.1.1多通閥

數(shù)控多通閥主要由多通閥體、電動(dòng)執(zhí)行器及控制器等組成。

(1)多通閥的結(jié)構(gòu)原理

主要由閥體、閥蓋、閥芯組件、連接架組成。閥側(cè)體上有多口油井來(lái)油入口，一個(gè)集

輸匯口，一個(gè)計(jì)量出口。閥芯有一個(gè)水平入口，一個(gè)向下的出口，水平入口與要計(jì)量的油

井入口相通，向下的出口與計(jì)量出口相通，閥芯的水平入口與閥體上周?chē)鷣?lái)油入口的密封

是借助彈簧預(yù)緊力壓緊密封環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)多通閥在電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯時(shí)，閥

芯的水平入口順次與來(lái)油的入口相通。

圖2.2多通閥

(2)多通閥的特點(diǎn)

多通閥的計(jì)量選井是在控制器軟件的控制下工作的，控制器發(fā)出選井計(jì)量指令后，電

動(dòng)執(zhí)行器開(kāi)始帶動(dòng)多通閥轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到選井指令要求的井號(hào)時(shí)，多通閥會(huì)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng),

被選定的油井來(lái)油會(huì)從計(jì)量出口流出，其余井的來(lái)油匯聚從集輸出口流出。

多通閥計(jì)量是在傳統(tǒng)計(jì)量工藝管匯配套立式分離器計(jì)量的基礎(chǔ)上，將人工切換流程

(上、下排閘門(mén))改變?yōu)槔枚嗤ㄩy自動(dòng)切換，通過(guò)手動(dòng)或者自動(dòng)方式選擇某口油井的來(lái)

液進(jìn)入分離器，在分離器配套裝置上設(shè)計(jì)自動(dòng)液位采集系統(tǒng)，利用分離器量油計(jì)量原理自

動(dòng)計(jì)量單井產(chǎn)液量。多通閥計(jì)量?jī)?yōu)點(diǎn)為：第一，操作簡(jiǎn)單、方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。操作中只

需輕輕點(diǎn)擊控制箱的按鍵，將計(jì)量井基本數(shù)據(jù)輸入控制箱，計(jì)量操作通過(guò)集輸計(jì)量選通裝

置控制箱來(lái)控制集輸計(jì)量選通裝置的操作，無(wú)需進(jìn)行十幾次閥門(mén)的操作；操作程序化、流

程化、自動(dòng)化，大大降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。第二，實(shí)現(xiàn)全天候計(jì)量，保證油井產(chǎn)量客觀、

真實(shí)、準(zhǔn)確。該自動(dòng)計(jì)量技術(shù)可以根據(jù)需要設(shè)定計(jì)量周期，它可以按照設(shè)定的時(shí)間進(jìn)

行自動(dòng)計(jì)量，微機(jī)隨時(shí)記錄量油結(jié)果；可以每天對(duì)油井進(jìn)行多次計(jì)量，跟蹤1口油井任意

時(shí)間段的出油情況，保證了油井計(jì)量的準(zhǔn)確性。第三，低成本投入，操作所需空間小。使用集

輸計(jì)量選通裝置，1個(gè)計(jì)量站一般只需要使用1套或者2套集輸計(jì)量選通裝置，占地面

積小，投資僅為傳統(tǒng)計(jì)量裝置的40%~60%o多通閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了采用多通閥的計(jì)量

站工藝管匯實(shí)際操作所需空間相對(duì)較小，配套房間設(shè)施或保溫設(shè)施規(guī)模小，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易配

套防護(hù)、保溫。雖然多通閥計(jì)量裝置改變了人工切換流程（上、下排閘門(mén)）的操作方法，

但它的計(jì)量基礎(chǔ)仍然是分離器計(jì)量原理，所以對(duì)處于高含水期特別是特高含水期且氣液比

低的油井計(jì)量后的排液十分困難。

多通閥的使用，可以實(shí)現(xiàn)由同一個(gè)計(jì)量罐分時(shí)、循環(huán)計(jì)量多口油井。多通閥的應(yīng)用可

以實(shí)現(xiàn)多井的全自動(dòng)選井與計(jì)量。這不僅克服了手動(dòng)操作帶來(lái)的不便，而且工作效率也能

得到很大提高。

2.1.2傘形氣液分離器

稠油的油氣比低，產(chǎn)氣量少，油井產(chǎn)出的油氣混合物，經(jīng)進(jìn)油口進(jìn)入計(jì)量罐上部的油

氣分離器，落在散油帽上進(jìn)行擴(kuò)散，相對(duì)密度較大的油沿壁下滑到分離器的下部，經(jīng)承液

盤(pán)緩沖后從出油管（降液管）排出。氣體由于相對(duì)密度較小，在傘面上與液體分離后集中

上升，同時(shí)氣體中的小油滴附在傘壁上聚集，附著壁上而流下，氣由出氣口排出。傘斜面

的另一作用是使進(jìn)入分離器的油散附壁上滑下，起到穩(wěn)定油、水界面的作用，進(jìn)而使計(jì)量

準(zhǔn)確。

2.1.3承液盤(pán)

承液盤(pán)的作用是收集經(jīng)過(guò)油氣分離器分離出來(lái)的原油和水，集中由降液管落入到計(jì)量

料斗中計(jì)量，同時(shí)也起到對(duì)落下的原油緩沖作用，減少原油起沫以及原油進(jìn)入計(jì)量料斗時(shí)

產(chǎn)生的沖擊。

2.1.4計(jì)量料斗

計(jì)量料斗時(shí)計(jì)量裝置的核心部件，其中一個(gè)料斗進(jìn)油達(dá)到設(shè)定值時(shí)，料斗翻轉(zhuǎn)倒油，

同時(shí)另一個(gè)料斗進(jìn)油，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)又翻轉(zhuǎn)倒油，另一個(gè)同時(shí)進(jìn)油，如此反復(fù)循環(huán)工作

完成計(jì)量過(guò)程。料斗中承油的重量則通過(guò)各自的稱重傳感器讀取。

計(jì)量料斗如圖2.3所示?；诹仄胶庠淼牟捎途彤a(chǎn)量計(jì)量裝置的工作原理是：

通過(guò)多通閥選井后將采油井原油輸送至計(jì)量罐，原油途經(jīng)油氣分離設(shè)備、緩沖裝置和集液

盤(pán)后，以穩(wěn)定的液態(tài)流進(jìn)一個(gè)計(jì)量料斗（假設(shè)為右料斗進(jìn)油）。在布置計(jì)量料斗的位置時(shí)，

要滿足兩個(gè)條件：一是保證料斗的上、下表面都在水平面上，但由于加工制造方面上的誤

差，料斗上、下表面可能并不平行，此時(shí)要保證料斗下表面處于水平位置上，這樣才使來(lái)

油的重心

鉛垂線始終與料斗中心線重合；二是保證三角形回轉(zhuǎn)支撐板的側(cè)面回轉(zhuǎn)中心0102在鉛垂方

向上，這樣能保證右料斗重心線到0102連線的距離L2是一個(gè)定值，減小重心偏移誤差。

當(dāng)傳感器與料斗連接后，左、右料斗只能?chē)@0102有轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，但不能真正回轉(zhuǎn).圖2.3

為計(jì)量料斗示意圖

右稱重傳感器

左稱重傳感器

圖2.3計(jì)量料斗

2.1.5連通管

連同計(jì)量罐腔體，保證灌頂與罐底產(chǎn)生一定的壓力差，這個(gè)壓力差作為罐底出油口排

油的動(dòng)力，并配合浮子調(diào)節(jié)器保持罐底的液位高度。

2.1.6浮子調(diào)節(jié)閥

浮子調(diào)節(jié)器是油氣分離器上必不可少的液面控制機(jī)構(gòu)，它能將設(shè)備內(nèi)的液位自動(dòng)控制

在一定的范圍內(nèi)，避免設(shè)備發(fā)生抽空或冒頂事故，保證設(shè)備安全運(yùn)行。油氣兩相分離器將

油氣混合物來(lái)液分離成液態(tài)（原油和水）和氣態(tài)（天然氣），壓力由天然氣出口處的壓力控

制閥控制，液面由控制器（浮子調(diào)節(jié)器）控制的出油閥調(diào)節(jié)。同時(shí)在本設(shè)計(jì)中還采用差壓

變送器測(cè)量罐底液體的液面高度，與浮子調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)一起構(gòu)成冗余形式的罐底液體液面

監(jiān)控系統(tǒng)。

油氣三通調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)主要由閥體、閥芯、閥蓋、轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)軸、閥桿、導(dǎo)向盤(pán)及閥座

等組成。作用方式為合流，能夠滿足油氣分離后，對(duì)油和氣分別進(jìn)行調(diào)節(jié)與測(cè)量，并再重新混

合進(jìn)入混輸集油流程的工藝要求。該閥有兩個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，上面的閥芯用來(lái)調(diào)節(jié)天然氣

的流量，下面的閥芯用來(lái)調(diào)節(jié)原油的流量。兩個(gè)閥芯作用相反，當(dāng)上面的閥芯關(guān)小的同時(shí)，下

面的閥芯就開(kāi)大。原油和天然氣的流向總是使各自的閥芯處于流開(kāi)狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)能使調(diào)節(jié)

閥處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)之中。由此可見(jiàn)，該閥是一種油氣合一的合流調(diào)節(jié)閥。

圖2.4浮子調(diào)節(jié)閥

2.2主要性能參數(shù)的確定

在確定了計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能后，經(jīng)過(guò)分析、調(diào)研，確定的本研究開(kāi)發(fā)的計(jì)量系統(tǒng)

主要性能參數(shù)如下：

(1)罐內(nèi)介質(zhì)溫度：50~200℃

(2)工作環(huán)境溫度：-20?35℃

(3)工作壓力：1.6MPa

(4)介質(zhì)：原油

(5)測(cè)量精度:±3.5%

(6)測(cè)量通道數(shù)量：24通道

(7)量程：0?960T/d

(8)最大循環(huán)測(cè)量次數(shù)：12次/d

本次設(shè)計(jì)時(shí)，初步確定一口井的計(jì)量時(shí)間為5分鐘，24口井循環(huán)計(jì)量一次需要2小時(shí)，

每天(24小時(shí))循環(huán)12次。每分鐘兩個(gè)料斗各翻轉(zhuǎn)3次，即稱重6斗，每個(gè)料斗設(shè)計(jì)最

大容積量為120kg,則每口井每分鐘可以計(jì)量重量為720kg。測(cè)量通道數(shù)指利用一套計(jì)量

系統(tǒng)可以對(duì)24口油井產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)量管理。最大循環(huán)測(cè)量次數(shù)指在24小時(shí)內(nèi)，對(duì)24口井可

以循環(huán)進(jìn)行12次測(cè)量，當(dāng)管理的油井?dāng)?shù)小于24時(shí)，循環(huán)測(cè)量次數(shù)可以適當(dāng)提高。

2.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.3.1計(jì)量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

總體方案的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要包括計(jì)量罐與多通閥。計(jì)量罐主要由罐體、傘狀油氣分

離器、計(jì)量料斗、稱重力傳感器、浮子液位調(diào)節(jié)器、加熱盤(pán)管等主要部件構(gòu)成。

2.3.2自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)計(jì)量系統(tǒng)采用通用手段，使用PLC作為下位機(jī)，工控機(jī)作為上位機(jī)，同時(shí)使用

組態(tài)軟件作為上位機(jī)軟件進(jìn)行監(jiān)控。這里采用的是西門(mén)子S7-200PLC與WinCC組態(tài)軟件,

基于PPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下位機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)原油計(jì)量系統(tǒng)各項(xiàng)指

標(biāo)的數(shù)據(jù)采集、暫存及短期存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及基本計(jì)算等功能。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)

據(jù)分析及長(zhǎng)期存儲(chǔ)，畫(huà)面監(jiān)控，報(bào)表打印及遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ?。在本系統(tǒng)中，采用PC/PPI協(xié)議

實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信訶，如圖2.2所示。這樣的控制系統(tǒng)省去了人工記數(shù)的麻煩，控

制精確，顯示畫(huà)面直觀。

(1)上位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上位機(jī)采用研華工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用WinCC組態(tài)軟件；編程軟件采用

V4.0STEP7MicroWINSP6o

(2)下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

考慮到控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與以后的可擴(kuò)展性，下位機(jī)系統(tǒng)由西門(mén)子S7-200PLC若干現(xiàn)

場(chǎng)與遠(yuǎn)傳的儀表和傳感器(溫度傳感器、壓力傳感器、差壓變送器以及力傳感器)、PPI通訊電

纜、24V直流電源等構(gòu)成，作為原油計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

(3)上下位機(jī)通訊

上、下位機(jī)通訊采用PPI通訊協(xié)議，利用PC/PPI電纜建立通訊。采用一個(gè)RS232,一

個(gè)RS485作為通訊端口。

2.4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

(1)對(duì)計(jì)量罐罐底原油液位高度進(jìn)行控制，以保證罐底出油口始終在原油液面之下，

防止天然氣隨原油一起輸送。同時(shí)還要保證料斗始終位于原油液面之上，以免料斗受到浮

力，影響計(jì)量精度。在計(jì)量罐上設(shè)置差壓傳感器，測(cè)量罐底原油液位高度。當(dāng)計(jì)量罐內(nèi)壓

力足夠時(shí)，依靠該壓力可以將原油壓出計(jì)量罐，進(jìn)入計(jì)量站的儲(chǔ)罐，完成脫水等工藝過(guò)程。

依靠浮子調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)維持計(jì)量罐內(nèi)一定高度的原油液面。當(dāng)罐內(nèi)壓力較低、不足以克服

管道等外部阻力時(shí)，原油無(wú)法排除計(jì)量罐，此時(shí)，要啟動(dòng)罐外的油泵，強(qiáng)制排油。另外，

考慮到微差壓傳感器的可靠性，可以在計(jì)量罐底部，沿高度方向布置若干個(gè)液位開(kāi)關(guān)，對(duì)

原油液面進(jìn)行不連續(xù)監(jiān)測(cè)。

（2）對(duì)罐內(nèi)（罐頂）天然氣壓力、溫度進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力。這樣保證計(jì)量罐內(nèi)

壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)壓力，避免重大事故發(fā)生。對(duì)溫度監(jiān)測(cè)目的是將罐內(nèi)溫度控制在一個(gè)合理

范圍，既要保證原油的流動(dòng)性，又要防止由于溫度過(guò)高造成輕質(zhì)組分隨氣體排出。測(cè)量結(jié)

果分為現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)傳計(jì)算機(jī)顯示。

（3）對(duì)罐底壓力、溫度進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)罐底壓力。測(cè)量結(jié)果分為現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)傳計(jì)算

機(jī)顯示。當(dāng)差壓傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用罐底壓力與罐內(nèi)壓力的差值對(duì)罐內(nèi)原油液位

高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一般這種監(jiān)測(cè)原油液位高度方法不是很好，測(cè)量精度不高，其原因是罐內(nèi)

和罐底的壓力是以兆帕級(jí)單位表示，而原油液位高度產(chǎn)生的差壓是千帕級(jí)的。利用罐底溫

度監(jiān)測(cè)可對(duì)罐內(nèi)原油溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以控制加熱熱源，保證罐內(nèi)原油不凝結(jié)。

（4）多通閥位于罐外，被選中的油井的原油通過(guò)管路送入到計(jì)量罐的上部，經(jīng)過(guò)油氣

分離后，進(jìn)行原油計(jì)量。多通閥接受PLC送來(lái)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)（4位8421碼），反饋閥位開(kāi)

關(guān)量信號(hào)（4位8421碼）又送回到PLC,以控制所選油井是否到位。多通閥自己有單獨(dú)的

控制柜，它接受PLC指令控制閥位變化。

（5）計(jì)量料斗采用兩個(gè)稱重力傳感器，輸出4?20mA信號(hào)送入到PLC,以實(shí)時(shí)測(cè)量料

斗內(nèi)原油重量。另外在料斗回轉(zhuǎn)軸上設(shè)置兩個(gè)觸點(diǎn)，分別控制兩個(gè)位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)料斗翻轉(zhuǎn)

到位置時(shí)，該開(kāi)關(guān)被閉合，PLC時(shí)刻監(jiān)測(cè)這兩個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以判斷料斗是否翻轉(zhuǎn)，計(jì)算計(jì)

量時(shí)間，并據(jù)此開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集力傳感器信號(hào)，得到料斗翻轉(zhuǎn)時(shí)的重量。根據(jù)料斗翻轉(zhuǎn)時(shí)得

到的重量值進(jìn)行計(jì)算，得到原油重量和產(chǎn)量。

2.5工作原理

單井來(lái)液進(jìn)入計(jì)量站內(nèi)的多通閥裝置后，通過(guò)閥內(nèi)光電開(kāi)關(guān)傳感器使閥芯處于某一井

位，同時(shí)將井位信號(hào)傳遞至PLCoPLC控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，當(dāng)閥芯到達(dá)目標(biāo)井后，

目標(biāo)井的來(lái)液通過(guò)閥芯從計(jì)量口管路輸出，經(jīng)氣液分離后，液相進(jìn)入質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,

氣相通過(guò)氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。質(zhì)量流量計(jì)測(cè)出液相的密度、溫度和質(zhì)量流量等參數(shù)，氣

體流量計(jì)測(cè)出氣相流量。PLC自動(dòng)按照用戶設(shè)定的采集時(shí)間間隔，將采集的溫度、壓力、

流量、氣量等參數(shù)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，同時(shí)通過(guò)GPRS無(wú)線通訊模

塊將采集的計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)在計(jì)量完一口油井后，會(huì)自

動(dòng)轉(zhuǎn)至下一口油井繼續(xù)進(jìn)行計(jì)量，直至完成多口油井的自動(dòng)計(jì)量與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2.5工作原理圖

3計(jì)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1PLC基本結(jié)構(gòu)與性能

3.1.1PLC的產(chǎn)生背景

在可編程控制器問(wèn)世以前，繼電器在工業(yè)控制中占據(jù)主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器、接觸

器與PLC比較起來(lái)具有明顯的缺陷，比如體積龐大、運(yùn)行緩慢、可靠性低，更為嚴(yán)重的是其只

能適用于固定的接線方式，一旦生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r(shí)，原有的接線就需要更換，實(shí)用時(shí)

很麻煩，所以本課題將采用PLC。

PLC是可編程邏輯控制器(ProgramLogicController)的簡(jiǎn)稱。1968年，美國(guó)通用

汽車(chē)公司為其提出了著名的“GM十條”?，其主要內(nèi)容是：

(1)編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序。

(2)維修方便，可采用插件式結(jié)構(gòu)

(3)可靠性高于繼電器系統(tǒng)

(4)體積小于繼電器系統(tǒng)

(5)可將數(shù)據(jù)直接送到管理計(jì)算機(jī)

(6)成本可與繼電控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)

(7)輸入的是AC115V

(8)輸出可以是AC115A/2A以上

(9)擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小

(10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4kb

3.1.2PLC的特點(diǎn)

(1)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高

在硬件設(shè)施上，對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件均采用嚴(yán)格的措施進(jìn)行屏蔽以

防外界干擾；在軟件上設(shè)置監(jiān)控程序定期檢查外界環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)故障立即把現(xiàn)狀態(tài)存入

存儲(chǔ)器，待故障修復(fù)外界環(huán)境正常后，恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)繼續(xù)工作。

（2）靈活通用

與繼電器比起來(lái)，接線非常簡(jiǎn)單，只需修改程序就可以改變控制功能。同一臺(tái)PLC也

可以用于不同的控制對(duì)象，因此具有很大的靈活性、通用性。此外，PLC產(chǎn)品還具有多樣

化、系列化的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)形式多樣。同一系列又有高中低檔之分，能夠滿足不同規(guī)模、要求

的工業(yè)控制。

（3）編程簡(jiǎn)單、使用方便

PLC的編程語(yǔ)言通常有梯形圖、指令表、順序功能圖等。但是，目前大多數(shù)的PLC采用

的是梯形圖語(yǔ)言編程。梯形圖語(yǔ)言與繼電器電路原理圖非常接近，繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的清

晰直觀，易學(xué)易懂，這是選用PLC最重要的原因之一。

（4）設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便

用程序（軟接線）代替硬接線。PLC采用軟件編程取代繼電器硬件接線實(shí)現(xiàn)控制功能。

由于其硬軟件齊全，使得設(shè)計(jì)安裝及接線工作量大為減少。其用戶程序可以先模擬調(diào)試，

調(diào)試好再到現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。

（5）體積小、重量輕、功耗低

在體積上PLC是繼電控制系統(tǒng)的五分之一；在耗電方面，比繼電器控制系統(tǒng)節(jié)能50%

以上；能夠迅速排除故障，維修方便。

3.1.3PLC的硬件組成

PLC是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論發(fā)展而來(lái)，實(shí)際上是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算

機(jī)。其種類(lèi)繁多生產(chǎn)廠家也很多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也各不相同。但其組成和工作原理基本相同，

都采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源

和編程工具組成。Pic硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1

PLC基本單元

輸出端口

輸入端口電源

編程器

寫(xiě)入器-通

信

打印機(jī)-接存儲(chǔ)器

人機(jī)界面-口

上位計(jì)算機(jī)一

PLC」

圖3.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖

(1)CPU

CPU是中央處理器(CentreProcessingUnit)的英文縮寫(xiě)。CPU一般由控制電路、運(yùn)

算器和寄存器組成。它作為整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用。主要完成以下功能：

a將輸入信號(hào)送入PLC中存儲(chǔ)起來(lái)

b按存放的先后順序取出用戶指令，進(jìn)行編譯

c完成用戶指令的各項(xiàng)操作

d將結(jié)果送到輸出端

e響應(yīng)各種外圍設(shè)備的請(qǐng)求

(2)存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路、用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和一

些其他信息。

(3)輸入輸出接口

對(duì)于PLC來(lái)說(shuō)，輸入輸出接口是PLC與外界連接的接口，相當(dāng)于PLC的“眼”、“耳”、

“舌輸入接口用來(lái)采集開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和模擬量輸入信號(hào)，而輸出用來(lái)連接被控對(duì)象中

各種執(zhí)行元件。

(4)電源

PLC電源是指外部的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成滿足PLC中的CPU、存儲(chǔ)器、

等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源或電源模塊。

(5)編程工具

編程工具供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。它是PLC最重要的外圍設(shè)備，

實(shí)現(xiàn)了人與PLC的連系對(duì)話

3.1.4PLC的主要性能指標(biāo)

(1)I/O點(diǎn)數(shù)

這是PLC最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。所謂I/O點(diǎn)數(shù)即PLC面板上連接輸入輸出信號(hào)用的

端子的個(gè)數(shù)，常稱為點(diǎn)數(shù)，用輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)之和表示。

I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的輸入部件和輸出部件就越多，控制的規(guī)模就越大。因此,

I/O點(diǎn)數(shù)是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。

(2)程序容量

系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中。這里說(shuō)的存儲(chǔ)容量指的是用戶程序存儲(chǔ)器的容量。

,用戶程序存儲(chǔ)容量決定了PLC可以容納的用戶程序的長(zhǎng)短，一般以字節(jié)為單位來(lái)計(jì)量。

(3)掃描速度

掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。一般以執(zhí)行一字節(jié)

所用的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度。

(4)指令條數(shù)

這是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。PLC具有的指令種類(lèi)越多，說(shuō)明其軟件功能

越強(qiáng)。PLC指令一般分為基本指令和高級(jí)指令兩部分。

(5)內(nèi)部繼電器和寄存器

內(nèi)部繼電器和寄存器對(duì)的額配置情況是衡量PLC硬件功能的一個(gè)主要指標(biāo)。它用于存

放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)等，還提供許多輔助繼電器和寄存器。如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、

系統(tǒng)寄存器、索引寄存器等以便用戶編程使用。

(6)編程語(yǔ)言及編程手段

編程語(yǔ)言是PLC廠家為用戶設(shè)計(jì)的用于實(shí)現(xiàn)各種控制功能的編程工具。避開(kāi)I安城語(yǔ)

言一般分為梯形圖、語(yǔ)句表、順序功能圖得等幾類(lèi)，不同廠家的PLC編程語(yǔ)言類(lèi)型有所不

同，語(yǔ)句也各異。

(7)高級(jí)模塊

PLC除了主控模塊外還可以配置各種高級(jí)模塊。主控模塊實(shí)現(xiàn)基本控制功能，高級(jí)模塊

這可實(shí)現(xiàn)某些特殊功能。高級(jí)模塊的配置反映了PLC功能的強(qiáng)弱，是衡量PLC產(chǎn)品檔次高低的

一個(gè)重要標(biāo)志，主要由A/D、D/A、高速計(jì)數(shù)、高速脈沖輸出、PID控制、速度控制、液位控

制、溫度控制等。

3.2控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用工控機(jī)和PLC組成一個(gè)上下位式控制系統(tǒng)。使用PLC作為下位機(jī)，同時(shí)使

用WinCC組態(tài)軟件作為上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及要實(shí)現(xiàn)的功能，

本章將完成工控機(jī)和PLC系統(tǒng)以及傳感器的硬件的選型，實(shí)現(xiàn)對(duì)多口油井的自動(dòng)控制與產(chǎn)

量計(jì)量。

3.2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為三層：上位機(jī)監(jiān)控層、PLC控制層和電氣設(shè)備

執(zhí)行層，如圖3.2所示。

本控制系統(tǒng)采用工控機(jī)為上位機(jī)，其作用就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)。根據(jù)已經(jīng)

設(shè)計(jì)好的程序，上位機(jī)能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)，如計(jì)量罐內(nèi)的溫度、壓力和液位、

多通閥的選井狀態(tài)和計(jì)量井號(hào)、報(bào)警信息等，并判斷出其所處的狀態(tài)并根據(jù)設(shè)定好的程序

進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)可以參與對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，如通過(guò)控制面板設(shè)置將要計(jì)量的油井號(hào)以及

計(jì)量時(shí)間等，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如查看歷史計(jì)量結(jié)果、生成數(shù)據(jù)報(bào)表并打印等。

PLC作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)采集各傳感器傳輸來(lái)的信號(hào)，同時(shí)將控制要求轉(zhuǎn)換成對(duì)底層電氣

設(shè)備的控制信號(hào)。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序

信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。下

位機(jī)和上位機(jī)一樣都需要編程，都有專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。上位機(jī)和下位機(jī)的關(guān)系可以理解為

主機(jī)和從機(jī)的關(guān)系

電氣設(shè)備執(zhí)行層作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最底層，包括各類(lèi)傳感器以及電動(dòng)閥門(mén)和動(dòng)作開(kāi)關(guān)等

設(shè)備。各類(lèi)傳感器將現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息經(jīng)信號(hào)傳輸電纜傳送到PLC

控制層；電動(dòng)閥門(mén)接受PLC控制層的控制，自動(dòng)啟停，使不同油井的產(chǎn)出液按一定要求進(jìn)

出計(jì)量罐。PLC控制層接受電器執(zhí)行層傳輸來(lái)的信號(hào)，完成對(duì)數(shù)據(jù)采集工作，同時(shí)將控制要

求轉(zhuǎn)換成對(duì)底層電氣設(shè)備的控制信號(hào)；上位機(jī)監(jiān)控層，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，

如計(jì)量罐內(nèi)的溫度、壓力和液位、多通閥的選井狀態(tài)和計(jì)量井號(hào)、報(bào)警信息等，同時(shí)可以

參與對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，如通過(guò)控制面板設(shè)置將要計(jì)量的油井號(hào)以及計(jì)量時(shí)間等，還可以

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如查看歷史計(jì)量結(jié)果、生成數(shù)據(jù)報(bào)表并打印等。

工控機(jī)

打印機(jī)

上位機(jī)監(jiān)控層

PC/PP1電纜

PLC控制層S7-200PLC

信號(hào)傳輸電纜

電氣設(shè)備執(zhí)行層百O

圖3.2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能

現(xiàn)場(chǎng)采集工況數(shù)據(jù)的各類(lèi)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸電纜、PLC控制單元、作為上位機(jī)承載編

程軟件的工控機(jī)，以及WinCC組態(tài)監(jiān)控軟件；現(xiàn)場(chǎng)控制功能由現(xiàn)場(chǎng)指示工況的各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)儀表,

以及手動(dòng)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)等。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)如圖3.3所示。

現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)采集與預(yù)處理上位機(jī)

圖3.3系統(tǒng)功能框圖

對(duì)多井來(lái)油自動(dòng)選井的油井自動(dòng)計(jì)量裝置的控制功能主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行控制

根據(jù)設(shè)定條件，控制油、氣管線閥門(mén)的自動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)計(jì)量流程的自動(dòng)化控制。

(2)監(jiān)測(cè)功能

液量監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)計(jì)量罐內(nèi)計(jì)量的液體重量，完成產(chǎn)液量的計(jì)量；

流量監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)分離出來(lái)的氣體流量，完成氣體流量的計(jì)量；

溫度監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)計(jì)量罐內(nèi)的原油溫度，保證原油的流動(dòng)性，同時(shí)在溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí),

系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；如配備加熱裝置，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，可啟動(dòng)加熱裝置對(duì)計(jì)量罐進(jìn)行加熱。

壓力監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)計(jì)量罐的內(nèi)部壓力，在壓力過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；

液位監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)計(jì)量罐內(nèi)底部液位的高度，保證設(shè)備內(nèi)的液位自動(dòng)控制在一定的范圍

內(nèi)，避免設(shè)備發(fā)生抽空或冒頂事故，同時(shí)在液位過(guò)高或過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警；

多通閥運(yùn)行監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)多通閥的電機(jī)運(yùn)行以及閥芯位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)多井的進(jìn)油管線進(jìn)行

選井控制;

其他設(shè)備的監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)其他電動(dòng)閥門(mén)的運(yùn)行狀況，根據(jù)各自的運(yùn)行信息判斷其狀態(tài)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)掌控。

整套油井的自動(dòng)計(jì)量裝置具備完善的控制與監(jiān)測(cè)的功能，既能滿足對(duì)流程的控制，同

時(shí)還能獲得詳細(xì)的系統(tǒng)信息。

3.3自動(dòng)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的要求

(1)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求

系統(tǒng)高安全可靠性：控制裝置靠近計(jì)量罐及多條輸油管線，要求具有較高的系統(tǒng)的安

全可靠性，要求不僅要保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且系統(tǒng)應(yīng)該提供報(bào)警提示、應(yīng)急處理等安全

措施。

操作維護(hù)方便：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的操作應(yīng)直觀便于掌握，維護(hù)時(shí)易于查找和排除故障，因此,

可以采用帶指示燈的繼電器和功能模塊化PLC便于維護(hù)人員檢測(cè)。

高性價(jià)比：系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮整體的成本及其能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

(3)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖3.4所示，先對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所要完成哪些任務(wù)，以及

功能如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)整體評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果再去進(jìn)行各類(lèi)硬件選型，軟件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)

程序，最后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，直到能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，達(dá)到控制要求。

圖3.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

3.4上位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)(工控機(jī))

工控機(jī)配置

工控機(jī)采用研華工控機(jī)610Lo

硬件配置:P4631CPU,DDR6771G內(nèi)存，SATA160GB硬盤(pán)，19in(lin=25.4mm)顯示器;

2個(gè)RS-232串口。

軟件配置：監(jiān)控軟件采用WinCC組態(tài)軟件；編程軟件采用V4.0STEP7Micro

IIIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

AXAAMTECH

WINSP60

圖3.5研華工控機(jī)610L

3.5下位機(jī)（plc）選型及模塊配置

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)也越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。近年來(lái)，

從美國(guó)、德國(guó)、日本等引進(jìn)的PLC產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)廠家組裝自行研發(fā)的產(chǎn)品，已有幾十個(gè)、上百

種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不

同。使用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理的選擇PLC,對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

有著重要意義

3.5.1PLC的機(jī)型選擇

PLC選型的基本原則是在滿足計(jì)量要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性

價(jià)比。

主要根據(jù)整個(gè)控制系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能和容量進(jìn)行選擇，并考慮維護(hù)的方便性，是否

易于擴(kuò)展，有無(wú)特殊功能要求等?⑵。由于本系統(tǒng)以開(kāi)關(guān)量控制為主并帶有部分模擬量的控

制，涉及到溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量，應(yīng)該選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊

和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，佩接相應(yīng)的傳感器、變送器（對(duì)溫度控制控制系統(tǒng)可選

用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的小型PLC.該控

制系統(tǒng)有6個(gè)開(kāi)關(guān)量的輸入，1個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出。另外，PLC需要對(duì)接收到的模擬量電信號(hào)進(jìn)

行進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換，從輸入信號(hào)到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在小2個(gè)

掃描周期之后才能反應(yīng)到輸出端，這在本控制系統(tǒng)中是被允許的，本系統(tǒng)對(duì)掃描速度及其

它方面無(wú)特殊要求。

本系統(tǒng)合考慮總體控制要求和可靠性，選用西門(mén)子公司的S7-200系列PLCoS7-

200PLe的結(jié)構(gòu)小巧但功能強(qiáng)大，在單獨(dú)或連網(wǎng)使用時(shí)都能很好的實(shí)現(xiàn)控制功能。與其它PLC

相比具有：高可靠性、高性價(jià)比、內(nèi)置集成功能豐富、通訊功能強(qiáng)大、擴(kuò)展模塊豐富、程

序結(jié)構(gòu)先進(jìn)、尋址方法靈活；編程軟件功能強(qiáng)大且使用方便誣

3.5.2確定I/O點(diǎn)數(shù)

在S7-200PLC中，I/O輸入輸出點(diǎn)的地址與設(shè)備在系統(tǒng)中的物理位置有關(guān)。I/O輸入

輸出點(diǎn)的種類(lèi)有數(shù)字量輸入I(DI)、數(shù)字量輸出Q(DO),模擬量輸入(AI)、模擬量輸出

(AQ)。各種類(lèi)型的I/O點(diǎn)的地址按照各自的種類(lèi)分別排列。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的I/O

有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入及模擬量輸出。

數(shù)字量輸入DI：多通閥閥位反饋4個(gè)DI、左接近開(kāi)關(guān)、有接近開(kāi)關(guān)

數(shù)字量輸出DO：多通閥閥位動(dòng)作接觸器、智能報(bào)警器信號(hào)(啟動(dòng)、停止)。

模擬量輸入AI：稱重力傳感器2個(gè)、溫度傳感器2個(gè)、壓力變送器2個(gè)、差壓傳感器、

含水分析儀、氣體流量計(jì)。

模擬量輸出：泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

重量、溫度、壓力、氣體流量、含水率等模擬量，通過(guò)傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為

0~20梯或4~20梯的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，再由PLC的A/D轉(zhuǎn)換器，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量

進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算。經(jīng)過(guò)分析統(tǒng)計(jì)共需要數(shù)字量輸入I/。點(diǎn)6個(gè)，數(shù)字輸出I/O點(diǎn)1個(gè)，模擬

量輸入I/O點(diǎn)8個(gè)，模擬量輸出I/O點(diǎn)1個(gè)。

3.5.3容量估算

PLC的容量包括I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。

(1)I/O點(diǎn)數(shù)的估算

I/O點(diǎn)數(shù)PLC的I/O點(diǎn)的價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理的選用PLC的I/O點(diǎn)的數(shù)量，在滿

足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定的備用量。根據(jù)被控對(duì)象的輸入

信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)加上109n5%的備用量。

理論設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)：16個(gè)

實(shí)際需要的I/O點(diǎn)數(shù)：18個(gè)

(2)用戶存儲(chǔ)器容量的估算

用戶存儲(chǔ)容量是指PLC用于存儲(chǔ)用戶程序的存儲(chǔ)器容量。需要的用戶存儲(chǔ)容量由用戶

程序的長(zhǎng)短決定。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、

運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此，只能粗略的估算。

一般可按下式估算，再按實(shí)際需要留出20獷30%的余量。

存儲(chǔ)容量=開(kāi)關(guān)量*10+模擬量通道數(shù)*100

按上式計(jì)算后得出存儲(chǔ)容量為1080

考慮到備用量后的存儲(chǔ)容量為1350

選用2kb內(nèi)存足夠。

3.5.4模塊選型

模塊選擇的原則：應(yīng)考慮簡(jiǎn)單，方便與通用。

可以滿足控制要求的模塊規(guī)格往往有多種，選擇時(shí)應(yīng)以線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、外部控制元件

盡可能少為原則。例如，輸入應(yīng)優(yōu)先選擇金額直接與外部檢測(cè)元件連接的模塊，以避免接

口轉(zhuǎn)換；輸出應(yīng)優(yōu)先選擇直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的模塊，以減少中間繼電器等。同時(shí)，各模塊應(yīng)盡

可能統(tǒng)一，不僅利于采購(gòu)，減少設(shè)備還可以提高部件的互換性，為設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修提供

幫助。當(dāng)系統(tǒng)還需要配套其他控制裝置時(shí)，部件的生產(chǎn)廠家不宜過(guò)多，批量訂貨不僅可以

降低成本，更重要的是同一生產(chǎn)廠家的部件兼容性好，技術(shù)要求統(tǒng)一，可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)維修

服務(wù)提供方便。

(1)CPU模塊

CPU作為中央處理器是PLC的核心部件，控制著對(duì)其它所有部件的操作。CPU主要由控

制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。本設(shè)計(jì)中選擇的CPU模塊為CPU224XPCN,它適合于小型控

制系統(tǒng)，共有14DI/10D0,滿足開(kāi)關(guān)量輸入輸出基本要求，并留有余量，另外還有2路模

擬量輸入。CPU模塊有一個(gè)24VDC傳感器電源，它主要用于為本模塊端子和擴(kuò)展模塊的繼電器

線圈提供24VDCoCPU的I/O地址分配如表3.Io

表3.1CPU的I/O地址分配表

I/O地址輸入/輸出信號(hào)10地址輸入/輸出信號(hào)

10.0多通閥閥位110.4左接近開(kāi)關(guān)

10.1多通閥閥位210.5右接近開(kāi)關(guān)

10.2多通閥閥位3Q0.0多通閥動(dòng)作接觸器

10.3多通閥閥位4

(2)模擬量輸入模塊

模擬量采集模塊選用EM231CN,AI4xl2bit,支持4通道模擬量輸入，可以是電壓或電流

信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用2塊AI4的EM231模擬量輸入模塊，統(tǒng)籌分配I/O地址，完成對(duì)溫度、壓

力、差壓變送器、氣體流量計(jì)、含水分析儀的信號(hào)采集。2塊模擬量輸入模塊加上CPU

的兩路模擬量輸入通道，分配好模擬量地址，富余一路模擬量通道備用。EM231I/O點(diǎn)數(shù)

分配如表3.2o

表3.2模擬量I/O地址分配表

I/O地址輸入信號(hào)I/O地址輸入信號(hào)

AIW0左料斗重量AIW10罐底溫度

AIW2右料斗重量AIW12罐底壓力

AIW4罐頂溫度AIW14含水率

AIW6罐頂壓力AIW16氣體流量

AIW8罐內(nèi)液位

(3)開(kāi)關(guān)量輸入模塊

考慮到工況，開(kāi)關(guān)量輸入模塊的信號(hào)采用交流輸入，接線方式采用匯點(diǎn)式。

(4)開(kāi)關(guān)量輸出模塊

考慮到價(jià)格因素，以繼電器作輸出的性價(jià)比較高，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可以

用于直流負(fù)載；而且適用的電壓范圍較窄、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的

能力較強(qiáng)。接線方式采用分組式。同時(shí)要注意輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載的額定電

流，如果出現(xiàn)實(shí)際負(fù)載電流較大輸出模塊無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。

3.6傳感器選型

傳感器的選型標(biāo)準(zhǔn)【14】：

現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量

環(huán)境合理的選擇傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，

與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決

于傳感器的選用是否合理。

(1)根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型

要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮如何選用何種原理的傳感器，這方面要分析

多方面因素之后才能確定。因?yàn)榧词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可以采用,

哪種原理的傳感器更為合適，需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮如下一些問(wèn)

題：量程大小、被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求、測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式、線的引

出方法、國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口、價(jià)格是否合理等。

(2)靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí),

與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的

靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。

因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲膹S擾信號(hào)。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高則應(yīng)選

擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小

越好

(3)頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真

的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。

傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械

系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。

在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)大的

誤差。

(4)線性范圍

傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度

保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇

傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量

精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給

測(cè)量帶來(lái)極大的方便。

(5)穩(wěn)定性

傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定

性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的

穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳

感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。

傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳

感器的性能是否發(fā)生變化。

在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定

性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。

(6)精度要求

精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要

環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的

精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比

較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。

如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度

高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳

感器。

對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感

器的性能應(yīng)滿足使用要求。

本系統(tǒng)計(jì)量的設(shè)計(jì)精度為不低于5%,故理論上傳感器的精度要求越高越好，但考慮到

經(jīng)濟(jì)性(精度越高價(jià)格也越高)，因此，在滿足計(jì)量精度要求的前提下，精度盡可能的低一

些。

(7)工作溫度

本系統(tǒng)計(jì)量對(duì)象是原油，而被計(jì)量原油的溫度一般在左右，故而計(jì)量罐內(nèi)溫度也在左

右。一般油井出口處原油溫度達(dá)不到，在進(jìn)入計(jì)量罐之前需加熱，使原油處于良好的流動(dòng)

狀態(tài)，加熱時(shí)又要避免原油中的低沸點(diǎn)組分揮發(fā)混入天然氣中被帶走，綜合考慮之后將計(jì)

量罐內(nèi)溫度定在。工作壓力。

3.6.1稱重力傳感器的選型

本設(shè)計(jì)的料斗稱量裝置安裝在計(jì)量罐內(nèi)，安裝稱重傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)適合使用測(cè)拉力

的稱重傳感器，因此本設(shè)計(jì)中選用的是輪輻式測(cè)拉力的稱重傳感器，這類(lèi)稱重傳感器具有

低外形、抗偏載、精度高、強(qiáng)度好等特點(diǎn)。由于稱重傳感器處于計(jì)量罐內(nèi)部，所以的工作

溫度必須在之上。

量程范圍：料斗的設(shè)計(jì)容積為，取原油密度，則料斗最大稱油量為，最合理的稱量范

圍是量程的，故應(yīng)該選擇稱量上限為的傳感器。

綜上所