聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的應(yīng)用

【摘要】聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)可使聯(lián)合站計量實現(xiàn)自動化管理，以計算機管理代替人工進行工作，更具有正規(guī)化、安全化、經(jīng)濟化。聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)由儀表、執(zhí)行機構(gòu)、PLC、微機等部分組成構(gòu)成。論文主要介紹了聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的工作原理與實際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】聯(lián)合站；監(jiān)測控制；應(yīng)用

1、前言

聯(lián)合站是油田原油集輸生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)工藝過程，它是集油水分離、污水處理、原油及天然氣集輸?shù)榷鄠€工藝系統(tǒng)為一體的綜合性生產(chǎn)過程，主要包括輸油脫水、污水處理、注水、鍋爐和配電等生產(chǎn)崗位或工藝環(huán)節(jié)。目前，聯(lián)合站生產(chǎn)工藝過程的控制主要有人工監(jiān)測控制、常規(guī)儀表監(jiān)測控制、微機監(jiān)測控制等三種方法。

微機監(jiān)測控制系統(tǒng)是通過現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構(gòu)、微機以及PLC實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各項參數(shù)的動態(tài)計量、生產(chǎn)流程的有效控制，為生產(chǎn)開發(fā)、科學(xué)研究、安全保障和油氣貿(mào)易結(jié)算工作提供準確數(shù)據(jù)。

2、微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的組成

微機監(jiān)測控制系統(tǒng)工作原理是利用傳感器裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力、物位、流量）轉(zhuǎn)換為電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備接收并處理，然后傳輸至微機以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，使操作人員能夠直觀了解生產(chǎn)過程中各項參數(shù)。控制上由微機發(fā)出控制指令，經(jīng)過PLC處理后控制繼電器，最后通過繼電器來控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，微機監(jiān)測控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：儀表、執(zhí)行機構(gòu)、PLC、微機等部分組成。圖1就是一個典型的微機監(jiān)測控制系統(tǒng)組成圖。

2.1 儀表與執(zhí)行機構(gòu)

圖1中可看出儀表和執(zhí)行機構(gòu)是整個系統(tǒng)的末端，直接與監(jiān)控對象發(fā)生作用，儀表的功能是對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)進行監(jiān)測，其作用相當(dāng)于整個系統(tǒng)的“感知器官”。在聯(lián)合站生產(chǎn)過程中主要監(jiān)測的參數(shù)有溫度、壓力、物位和流量，監(jiān)測溫度和壓力的儀表分別是溫度變送器和壓力變送器；物位檢測儀表的種類很多，油田上使用較多的是差壓式液位變送器、探桿式物位儀表、超聲波液位計。以上的儀表都是按測量量程把實際參數(shù)以線性轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流信號。

油田上流量計量儀表的種類繁多，計量介質(zhì)只要是油、氣、水或油水混合物。計量介質(zhì)是極低含水原油時多用刮板、腰輪流量計等，配合傳動裝置與光電轉(zhuǎn)換器可將流量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號；氣計量主要采用旋進漩渦流量計，精度要求高時采用孔板流量計，流量計本身都整合有變送器，直接可輸出數(shù)字脈沖信號；水計量主要使用渦街流量計或電磁流量計一般采用4-20mA直流電流信號進行信號輸出。

執(zhí)行機構(gòu)是使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用來控制閥門或開或關(guān)的設(shè)備。執(zhí)行機構(gòu)屬于現(xiàn)場控制類儀表，主要分為電動執(zhí)行機構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)兩種。

電動執(zhí)行機構(gòu)：使用電機驅(qū)動，方便控制，體積小，效率高。氣動執(zhí)行機構(gòu)：氣源驅(qū)動，使用簡單，防爆性能好，成熟可靠，運行速度快，需要氣源及管路，效率低，維護量大。無論是電動還是氣動閥門，都是將PLC傳送來的開關(guān)信號或者4-20mA的電流信號轉(zhuǎn)換為閥門開關(guān)或者閥門開度的狀態(tài)，并將閥門實際狀態(tài)反饋回PLC。

2.2 可編程邏輯控制器PLC

可編程邏輯控制器（英文縮寫PLC）是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專門為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC功能高度模塊化，而且結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性極佳、易于組建與擴展，在油田集輸系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，我廠使用較多的PLC品牌為西門子與GE公司。

PLC在微機監(jiān)測控制系統(tǒng)中負責(zé)整個微機監(jiān)測控制系統(tǒng)信號通訊的承上啟下作用，現(xiàn)場所有儀表信號都要先進入PLC進行集中處理，然后送進微機。

以西門子S7-300為例，下面是一個PLC的硬件圖。

上圖中PLC采用的是典型的也是用的最多的模塊式結(jié)構(gòu)，從左到右依次為電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊。電源模塊負責(zé)為整個CPU提供24V電源。CPU模塊負責(zé)存儲、執(zhí)行用戶程序，與其他模塊進行通信，與微機進行通信等功能。通信模塊負責(zé)與其他PLC進行通信。

信號模塊分為模擬量輸入、輸出模塊與數(shù)字量模塊，模擬量輸入模塊可以接收4-20mA的模擬量信號，模擬量輸出模塊可以輸出4-20mA直流電流信號以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)字信號模塊可以接收和輸出數(shù)字量開關(guān)信號，但由于CPU存在掃描周期，掃描周期外的數(shù)字信號會丟失，所以通常不用數(shù)字信號模塊來接收流量計的數(shù)字信號，而采用高速的計數(shù)模塊來接收流量計信號。

如上圖所有信號（4-20mA，數(shù)字脈沖）信號都進入PLC的CPU中，然后通過用戶程序進行處理，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過DP通信或者以太網(wǎng)傳輸至微機。

3、A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的應(yīng)用

A聯(lián)合站是我廠大型的聯(lián)合站之一，2013年完成自動化的改造，改造后的A聯(lián)合站自動化系統(tǒng)是一個典型的微機監(jiān)測控制系統(tǒng)。

3.1 A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)組成

使用GE系列的PLC構(gòu)成微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的控制核心，由中控室的PLC主站控制下面的5個PLC子站，分別是油崗、電脫水崗、供水崗、水質(zhì)崗、注水崗，PLC主站與子站采用光纖進行通信，A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如下：

現(xiàn)場各種壓力、溫度、液位、流量等信號通過儀表變送器，先由PLC子站集中處理，然后通過由光纖組成的以太網(wǎng)傳輸至中控室PLC主站內(nèi)，由PLC處理后送入微機?？刂粕?，由軟件判斷生產(chǎn)情況，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時連鎖啟動，向主PLC發(fā)出控制信號，控制信號經(jīng)由以太網(wǎng)進入PLC子站中，然后通過繼電器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備，完成生產(chǎn)控制操作。

3.2 A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)功能

改造后的微機監(jiān)測系統(tǒng)相對于以前的A聯(lián)合站微機系統(tǒng)功能上有以下變化：

由上表可看出相比原有的微機監(jiān)測系統(tǒng)，功能上除了顯示之外多加了控制的功能，原來的微機監(jiān)測系統(tǒng)是5個獨立的系統(tǒng)分散在5個崗位上，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間并無通訊，改造后的微機檢測控制系統(tǒng)則是一個整體的系統(tǒng)，位于中控室崗位上。A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)主要有以下幾個功能。

（1）參數(shù)顯示

系統(tǒng)有6個頁面分別是中控室、油崗、電脫水崗、供水崗、水質(zhì)崗、注水崗，可以顯示溫度、液位、壓力、流量等信號。泵的運行狀態(tài)，閥門的開關(guān)也可在界面上顯示出來。

（2）報警功能

系統(tǒng)設(shè)有報警功能，當(dāng)滿足一定條件時，比如溫度過高過低，壓力過高過低、液位過高等，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號提升工作人員及時出來，避免造成生產(chǎn)事故。

（3）控制功能

系統(tǒng)可以對所有電動閥進行人工控制，工作人員想要對生產(chǎn)過程進行控制時，在界面上點擊相應(yīng)的閥門圖標(biāo)和泵的圖標(biāo)就可以控制閥門開關(guān)和泵的啟停，極大地簡化了操作。

（4）連鎖功能

系統(tǒng)具備很多連鎖功能，連鎖功能開始并滿足觸發(fā)條件時，系統(tǒng)自動進行生產(chǎn)工程控制。比如某個罐液位較高，開啟該罐出口閥門與泵等。

（5）歷史記錄

系統(tǒng)可對所有的生產(chǎn)參數(shù)進行歷史趨勢查詢，中控室的值班人員可有效掌握重要生產(chǎn)參數(shù)的歷史動態(tài)，同時與便于進行生產(chǎn)分析。

（6）報表打印

系統(tǒng)可定時打印報表，減少工人工作量。

（7）通訊功能

系統(tǒng)內(nèi)部遵循以太網(wǎng)通信協(xié)議，PLC主站與PLC子站間使用以太網(wǎng)進行通信，假如系統(tǒng)接入油田內(nèi)網(wǎng)，可通過軟件配合，在廠內(nèi)就可以看到聯(lián)合站的生產(chǎn)參數(shù)。

3.3 A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

（1）全部測量點、控制點都通過測試

在運行初期，技術(shù)人員、聯(lián)合站工作人員、自動化廠家共同配合，對230多個測量點與控制點位逐一進行測試，就已發(fā)現(xiàn)的10多處問題進行了處理，并及時跟蹤反饋，目前全部測量點、控制點都通過測試，保證了生產(chǎn)參數(shù)的有效顯示。

（2）全部連鎖調(diào)試完畢

A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)的全部連鎖經(jīng)過逐一調(diào)試，全部設(shè)計的連鎖都運行正常，保證了自動化控制穩(wěn)定性。A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計了PID自動控制調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)過了初期的整定，后續(xù)整定工作根需據(jù)實際控制情況進一步進行調(diào)節(jié)，以達到平穩(wěn)控制。

3.4 A聯(lián)合站微機監(jiān)測控制系統(tǒng)應(yīng)用效果

（1）部分基層崗位實現(xiàn)無人值守

目前供水崗與電脫水崗的工作人員已經(jīng)轉(zhuǎn)移到中控室進行工作，油崗在測試運行一段時間后也將撤離工作人員，實現(xiàn)崗位無人值守。

（2）中控室可控制現(xiàn)場大多數(shù)生產(chǎn)過程

值班人員可在中控室微機上控制現(xiàn)場的電動閥門與泵啟停，實現(xiàn)了現(xiàn)場操作啟動的集中控制。

（3）先進的報表管理

生產(chǎn)報表將原來的8張報表整合成為一張大的報表，方便了報表管理，報表由微機生成，減少了工人的勞動強度。

4、總結(jié)

在信息化的不斷推進的今天，對石油計量數(shù)據(jù)的采集和傳遞的要求越來越高。且自動化技術(shù)發(fā)展的日新月異，自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，給數(shù)據(jù)管理的科學(xué)化和合理化指明了方向，用微機監(jiān)測控制系統(tǒng)來代替人工進行生產(chǎn)已成為必然。利用微機監(jiān)測控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，使生產(chǎn)和管理人員及時控制和掌握生產(chǎn)動態(tài)，并可以對取得的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、優(yōu)化，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供保障。通過本次對A聯(lián)合站進行數(shù)字化改造，生產(chǎn)單位將可以建立先進管理模式，優(yōu)化人力資源配置，提高集輸系統(tǒng)的自動化水平和運行效率，改變過去管、控分離的局面，方便運行管理，改造后A聯(lián)合站減少一線操作員工36人，年減少運行費用360萬元。

參考文獻

[1]潘永湘.編著.《過程控制與自動化儀表》，機械工業(yè)出版社，2011.6.

[2]廖常初.編著.《S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)》，機械工業(yè)出版社，2012.1.

作者簡介

楊春龍，男，1983年生。2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院通信工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田第十采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所從事規(guī)劃工作。