双相流双单片机测控仪的研究

利用注入高压蒸汽的方法对油田薄层稠油予以开采是一种经济有效的方法.热采工艺要求对高压蒸汽的注入量和蒸汽的干度进行准确的测量及控制.双相流测控仪与节流装置、变送器配合使用,利用动态法对水-汽双相流进行多参数在线测量,并依据这些参数严格控制注汽的质量及流量,可以进一步提高注汽的效果和原油开采率.为热采工艺中双相流的计量和瞬态过程高速分析提供了基本手段.

1　基本原理及计算方法

　　双相流在流经节流装置时,基本特征是脉动流动.当汽液浓度比一定时,脉动差压与双相流的流量具有一定的函数关系,利用双相流流经节流装置时的脉动特性进行流量及干度的测量称为动态测量方法.双相流测控仪对差压信号进行高速采样,然后进行滑动滤波消除随机干扰信号,依据动态函数方程计算双相流的流量及干度等参数,并根据测量结果对注入的高压蒸汽的流量与干度进行控制,以满足热采工艺提出的要求.

　　系统采用双单片机并行运行机制,利用双端口RAM使二者耦合.仪器对四个通道的压力和差压信号(可扩展为16个通道)进行高速巡回检测,并根据设定值进行PID计算,输出对应的控制信号.仪器可进行故障自诊断、自定位,对双相流的干度、压力和流量等参数显示、实时校准、越限报警,并可打印描绘瞬变过程及历史趋势.

　　基本计算方法是利用8098单片机进行高速数据采集,对差压信号每1 ms采集一次,共采集200个量值,采用队列形式结构予以滤波处理.以压力、差压采样信号为准,计算信号的期望值、标准差,再计算汽相比容、液相比容,计算对应的流量及干度值.

2)依据式(1)与式(2)的计算值,经标度变换计算出对应的差压值p1及其标准差Δp1.

　　3)依据压力信号采样值计算压力值p2.

4)依据p2作为参变量,计算汽相比容V′和液相比容V″.

2　系统硬件结构及工作过程

2.1　系统结构

硬件结构框图如图1所示.整体结构采用紧耦合多处理机系统,分成由8098构成的主单片机系统及从单片机系统,利用双端口RAM IDT7103L使二者耦合相连.主从单片机二者共享受双端口存贮器、并行处理,主单片机在整件结构上起控制器的作用.主单片机8098外扩展独享的EPROM27128和RAM2764,I/O接口扩展3片81C55,包括显示器接口,键盘接口,PP40四色绘图打印机.主单片机控制从单片机,完成从共享RAM取数据进行快速分析、计算、存贮,并进行键盘扫描、循环显示现场参数,定时及键控打印、越限报警等,属于控制处理机系统.

　　从单片机外扩展独享的EPROM2764,利用该单片机内部的10位A/D变换器对压力和差压信号进行采样,其结果值送双端口RAM中,并依据偏差值进行PID控制算法,输出控制信号到D/A变换器,该系统属于回路处理机系统.