油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)及PLC的應(yīng)用

榮佳波

摘要安全保護(hù)系統(tǒng)作為油田自動(dòng)化系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分之一，在保障油田安全生產(chǎn)及重大工業(yè)事故的預(yù)防和遏制方面有著極為重要的作用。而可編程序控制器（PLC）在油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以使安全保護(hù)系統(tǒng)具備更強(qiáng)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。文章分析了油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)，并對(duì)油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞油田自動(dòng)化；安全保護(hù)系統(tǒng)；PLC的運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TE9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0107-01

油田企業(yè)在構(gòu)建油田自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)用到的科學(xué)技術(shù)有多媒體技術(shù)、通訊技術(shù)等。這些技術(shù)的使用在監(jiān)管油田的生產(chǎn)、輸送等方面起到的作用是極大的，且在提高原油質(zhì)量、加強(qiáng)輸送效率及降低勞動(dòng)強(qiáng)度等方面有著極大的作用。由于油田自動(dòng)化生產(chǎn)的連續(xù)性較強(qiáng)，這使得生產(chǎn)過(guò)程存在極大的隱患，如果發(fā)生安全事故，那么就會(huì)給油田企業(yè)帶來(lái)極大的損害。因此，油田企業(yè)必須要構(gòu)建安全保護(hù)系統(tǒng)來(lái)保證自動(dòng)化系統(tǒng)使用的安全性，從而確保油田的生產(chǎn)程序可以正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。也只有構(gòu)建油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)，才可以對(duì)油田自動(dòng)化生產(chǎn)的安全性與高效性給予保證。

1油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)

1）油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成。油田企業(yè)的自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)是由多種裝置構(gòu)成的，其中，最主要的是輸入、輸出單元與控制裝置等。其中，輸入單元的作用是對(duì)各種工藝參數(shù)、相關(guān)參數(shù)和故障源檢測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)置；控制裝置一般是由PLC、繼電器組及集散控制系統(tǒng)中的順序控制單元組成，其作用是根據(jù)輸入開(kāi)關(guān)的變化及一定的工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的邏輯計(jì)算，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果向輸出單元的執(zhí)行裝置輸出控制信號(hào)，以便對(duì)輸出單元進(jìn)行安全保護(hù)；而輸出單元的主要組成部分是各種各樣的電磁閥組與聲光報(bào)警裝置，部分自動(dòng)化系統(tǒng)輸出過(guò)程的實(shí)現(xiàn)也會(huì)利用到氣動(dòng)執(zhí)行元件。

2）系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。油田的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常會(huì)使用易燃易爆的物質(zhì)，因此為了確保生產(chǎn)過(guò)程中人員、生產(chǎn)裝置的安全，油田企業(yè)需要構(gòu)建自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)。油田生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到的安全風(fēng)險(xiǎn)大致可分為兩個(gè)方面：①因生產(chǎn)系統(tǒng)自身存在的故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障，例如壓力異常產(chǎn)生的故障，液位控制環(huán)路出現(xiàn)的故障，集輸管線破裂帶來(lái)的故障及加熱器溫度控制環(huán)節(jié)出現(xiàn)的故障等；②因工藝系統(tǒng)以外的因素引發(fā)的事故，例如火災(zāi)、裝備失效及爆炸等。

3）安全保護(hù)系統(tǒng)的類型。按照系統(tǒng)故障與油田生產(chǎn)流程的控制要求，油田自動(dòng)化系統(tǒng)需要建立三個(gè)獨(dú)立又相互聯(lián)系的系統(tǒng)：第一個(gè)是為了對(duì)油田生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制而建立的過(guò)程控制系統(tǒng)（SCADA），這個(gè)系統(tǒng)的作用是如果油田的生產(chǎn)過(guò)程中部分工藝環(huán)節(jié)參數(shù)有異常波動(dòng)產(chǎn)生而導(dǎo)致系統(tǒng)沒(méi)辦法平穩(wěn)運(yùn)行，就可以利用過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而其能夠恢復(fù)到穩(wěn)定值，以便滿足工藝要求，并確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。第二個(gè)是為了解決工藝系統(tǒng)故障而建立的工藝過(guò)程關(guān)停系統(tǒng)（PSD），這個(gè)系統(tǒng)的作用是在過(guò)程控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，沒(méi)辦法對(duì)異常參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)而導(dǎo)致參數(shù)超過(guò)整定閥值，而引起危險(xiǎn)事故發(fā)生的時(shí)候，過(guò)程關(guān)停系統(tǒng)可以發(fā)出控制指令，對(duì)參數(shù)超過(guò)整定值的環(huán)節(jié)進(jìn)行個(gè)別關(guān)停操作，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)啟相應(yīng)的旁通系統(tǒng)，以便更好的對(duì)設(shè)備和人員進(jìn)行保護(hù)。第三個(gè)是為了對(duì)工藝系統(tǒng)外因素引發(fā)的突發(fā)故障進(jìn)行解決而建立的緊急關(guān)停系統(tǒng)（ESD），這個(gè)系統(tǒng)的作用是在過(guò)程關(guān)停系統(tǒng)也出現(xiàn)問(wèn)題二沒(méi)辦法對(duì)局部進(jìn)行關(guān)停操作或是出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)、裝備失靈等故障的時(shí)候，可以利用緊急關(guān)停系統(tǒng)對(duì)設(shè)備和站外井口采取關(guān)停操作，以便防止事故被擴(kuò)大或?qū)σ蚴鹿识a(chǎn)生的損失進(jìn)行控制。

2油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

可編程序控制器（PLC）作為一種具備微處理器的控制器，其是由西門子公司在20世紀(jì)60年代末期開(kāi)發(fā)研制出來(lái)的，而且在經(jīng)過(guò)研究人員的改進(jìn)后，又具備了更強(qiáng)的數(shù)據(jù)控制功能，且在控制邏輯順序方面也有著獨(dú)特的優(yōu)越性，可以很好地運(yùn)用在安全保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)。另外，PLC與繼電器組形成的控制裝置之間的區(qū)別就在于PLC的邏輯功能較強(qiáng)，靈活性較好，可靠性較高，且可以隨意改變程序；而繼電器組的功能就比較單一。

PLC的組成部分主要有中央處理單元（CPU）、通訊接口、I/O接口與存貯器。其中，CPU的作用是讀取輸入端信息，還要根據(jù)用戶的需求來(lái)處理信息。存貯器可以分為兩種，一種是存貯系統(tǒng)程序，另一種是存貯用戶系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家一般會(huì)將系統(tǒng)程序固定在ROM中，從而使PLC具有基礎(chǔ)智能，以便其能夠?qū)崿F(xiàn)不同方面的設(shè)計(jì)。用戶程序的存貯則需要進(jìn)行一定的功能設(shè)計(jì)，如果用戶程序能正常應(yīng)用，就需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。I/O接口的功能是接受信息，并傳輸信號(hào)，通訊接口在正常情況下使用的幾率不是很大。

油田企業(yè)中安全保護(hù)系統(tǒng)所運(yùn)用的PLC一般是中型模塊式PLC，且正常情況下，其所使用的異步通訊接口要設(shè)有RS—422標(biāo)準(zhǔn)。為了對(duì)油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行有效地提高，可以采用相應(yīng)的方法對(duì)PLC進(jìn)行冗余設(shè)置。油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)中PLC的作用一般是將其當(dāng)成集散控制系統(tǒng)（DCS）的現(xiàn)場(chǎng)控制站，利用網(wǎng)關(guān)將其和DCS中的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接連接，以使DCS的過(guò)程管理上位機(jī)可以對(duì)油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行直接的監(jiān)管與控制。

利用PLC設(shè)計(jì)油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，必須要遵照的設(shè)計(jì)步驟有：一是要了解與之相關(guān)的依據(jù)工藝要求，并對(duì)工藝設(shè)備與工藝系統(tǒng)可能出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，以便采取一定的保護(hù)措施；二是對(duì)工藝儀表流程進(jìn)行分析，以便尋找安全保護(hù)系統(tǒng)中傳感器、泄壓閥等裝置的設(shè)計(jì)位置，而且要依據(jù)一定的研究結(jié)果來(lái)選擇裝置；三是按照工藝要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)圖；四是通過(guò)研究系統(tǒng)中輸入輸出裝置的點(diǎn)數(shù)，來(lái)計(jì)算PLC中I/O的點(diǎn)數(shù)，并按照系統(tǒng)抗干擾能力及通訊要求，來(lái)確定要使用的PLC型號(hào)；五是依照PLC的型號(hào)，設(shè)置I/O點(diǎn)，并制定I/O接線圖；六是依據(jù)輸入輸出邏輯關(guān)系表與I/O接線圖，對(duì)PLC梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語(yǔ)

安全保護(hù)系統(tǒng)作為油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要構(gòu)成部分之一，在保障油田生產(chǎn)的安全及重大事故的預(yù)防與遏制方面有著極為重要的作用。而PLC最為如今使用較為普遍的控制系統(tǒng)，在油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)中也逐漸得到了應(yīng)用，而且這對(duì)了解油田自動(dòng)化安全保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成與作用，以及油田自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)方面有著極為特殊的意義。

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