PLC控制系統(tǒng)在油田生產中的應用

楊俊清　劉斕　段清龍

摘要：PLC控制系統(tǒng)作為一種全新的技術模式，在各個領域都得到了廣泛的應用。在油田生產過程中，PLC控制系統(tǒng)主要應用于原油的開采、輸送、計量等方面，并取得了較好的應用效果，提高了油田的工作效率，也保證了油田的安全生產。文章對PLC控制系統(tǒng)在油田生產中的應用進行了闡述。

關鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；油田生產；應用分析；原油開采；工業(yè)控制 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）01-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0028

PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Cntroller）的簡稱，其實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機。近年來，隨著油田自動化要求的不斷提高，PLC控制系統(tǒng)在油田的生產中得到越來越多的應用，并取得較好的應用效果，提高了油田的工作效率，也保證了油田的安全生產。

1 PLC的定義及特點

1.1 編程方法簡單，使用方便

PLC編程采用的是簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，這種編程方法很有規(guī)律，簡單易學，很容易掌握，不需要專業(yè)的計算機知識，所以PLC控制系統(tǒng)的研發(fā)時間較短。PLC的用戶程序調試簡單，可以在實驗室中模擬完成調試，在使用過程中通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)，對發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序，改變控制方案就可以解決，使用較為方便。

1.2 功能強大，價格便宜，性價比高

一臺小型PLC內就集成了上千個編程元件，就可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能，PLC還可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。并且PLC的價格要比相同功能的繼電器系統(tǒng)低很多，性價比較高。

1.3 硬件配套齊全，適應范圍廣

PLC的各種配套硬件產品都已達到標準化、系列化和模塊化，不同用戶可以根據(jù)不同的需求，靈活方便地進行系統(tǒng)配置，通過接線端子來連接外部設備，組成功能不同、規(guī)模不同的多種控制系統(tǒng)。用戶還可以通過修改用戶程序，改變控制方面，方便、快速地適應各種工藝條件的變化，具有較廣闊的適應范圍。

1.4 抗干擾能力強，具有較高的安全性和可靠性

PLC采取了大量的抗干擾措施，包括硬件和軟件兩個方面，具有很強的抗干擾能力，并且PLC中僅有少量與輸入及輸出有關的硬件元件，大量的中間繼電器和時間繼電器被軟件所代替，減少了大量因觸點接觸不良造成的故障，PLC平均無故障時間可達到數(shù)萬小時以上，并可用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，具有較高的安全性和可靠性。

1.5 維修工作量小，維修方便

PLC由于具有較高的安全性和可靠性，其發(fā)生故障的幾率很小，且PLC本身具有完善的自我診斷和顯示功能，根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息就能夠快速地確定故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障，維護簡單方便。

2 可編程序控制器（PLC）的應用范圍

2.1 邏輯控制

PLC可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制在微電子、家電行業(yè)有廣泛的應用。

2.2 運動控制

PLC使用專用的運動控制模塊或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起，廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。

2.3 過程控制

PLC可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，對被控模擬量實行閉環(huán)控制。這種功能已經(jīng)廣泛地應用于工業(yè)生產、加熱爐、鍋爐等設備以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

2.5 構建網(wǎng)絡控制

PLC的通信包括主機與遠程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備（如計算機、變頻器）之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。

3 PLC控制系統(tǒng)在油田生產的應用

油田PLC控制系統(tǒng)主要應用于原油集輸處理、天然氣處理、水處理、注水、聚合物配制、聚合物注入等生產工藝系統(tǒng)，主要檢測和控制參數(shù)有溫度、壓力、差壓、液位、界面、流量等。

3.1 PLC控制系統(tǒng)在油田原油開采中的應用

在油田石油開采過程中，通過PLC控制系統(tǒng)能實時地檢測和顯示石油鉆桿熱處理的過程及運行過程的相關參數(shù)，可以監(jiān)控熱處理過程的進行情況，使整個熱處理過程在恒定的溫度下進行。當采油設備運行出現(xiàn)異常情況時，PLC控制系統(tǒng)中的保護裝置就能發(fā)出報警信號，并自動采取保護措施，以便于對異常情況進行進一步的處理，保證整個系統(tǒng)的安全性。

3.2 PLC控制系統(tǒng)在油田計量控制中的應用

在油田開發(fā)生產過程中，需要及時并準確掌握油井產油情況，以便于調控油井的開發(fā)，在對油井產出的油、氣、水三相進行計量時，過去油田采用的是人工間歇計量，這種計量方法的計量時間短，計量次數(shù)少，錄取的數(shù)據(jù)代表性差，并且工作量很大，工作效率低。隨著信息技術的發(fā)展，大部分油田開始采用儀表來計量油井的油氣水三相，相比過去減少了一些工作量，提高了效率，但數(shù)據(jù)的采集仍需人工來完成，仍存在費時費力的情況，針對這一現(xiàn)象，油田在計量控制中引入了PLC控制系統(tǒng)，對油井的油氣水三相進行自動計量，并自動傳輸數(shù)據(jù)到上位機，省去了人工的計量的麻煩，并且自動計量的數(shù)據(jù)采集準確、傳輸迅速，顯示畫面直觀。endprint

3.3 PLC控制系統(tǒng)在油田轉油放水中的應用

轉油放水過程是油田原油和天然氣集輸生產中的主要工藝過程，包含若干工藝環(huán)節(jié)，它的主要作用是將各單井和計量間的輸送來的原油混合液進行初步分離，并收集分離后的油、氣、水，經(jīng)過計量后再輸送到各處理站，進行深度脫水處理。轉油放水這一環(huán)節(jié)的安全、平穩(wěn)運行是轉油站外輸原油品質的保證。

PLC控制系統(tǒng)通過監(jiān)測電脫水器、脫水加熱爐、真空加熱爐等的壓力、溫度、液位、流量、調節(jié)閥開度等數(shù)據(jù)的變化，實現(xiàn)對電脫水器和加熱爐的液位進行閉環(huán)調節(jié)，改變了傳統(tǒng)的使用閘閥手動切換流程繁瑣、勞動強度大的問題。通過對緩沖游離水脫除器、游離水脫除器、凈化油緩沖罐、污水沉降罐、事故罐等的壓力、溫度、液位、界面、流量、調節(jié)閥開度等數(shù)據(jù)的監(jiān)測，閉環(huán)調節(jié)緩沖游離水脫除器、游離水脫除器、凈化油緩沖罐的液位，并對儲水罐的液位進行監(jiān)控，設有報警功能，能夠提醒操作人員及時采取相應的處理措施。

3.4 PLC控制系統(tǒng)在油田污水處理中的應用

隨著我國油田的不斷開采，很多的油田已開始注水開發(fā)，這樣開采出的原油中含有大量水分，在經(jīng)過分離后的污水中的含原油、破乳劑等，對環(huán)境的污染較大。為了減少環(huán)境污染，需要對這些污水時行嚴格的處理，達到注水水質標準后才能再次注入油層中。污水處理過程包括污水過濾和再生，再生過程又分流化、排液、穩(wěn)定和正常化四個步驟。根據(jù)污水處理工藝的要求，污水處理系統(tǒng)主要由PLC控制器、輸入模擬量模塊、USS通訊協(xié)議、顯示與報警和控制中心組成，通過收集污水PH值測量數(shù)據(jù)、液位檢測數(shù)據(jù)及來水流量計量數(shù)據(jù)，產生變頻器輸出的控制量，改變驅動電機轉速，用來控制加藥泵的輸出，從而控制反應罐里污水和藥水的反應，能夠達到準確注水水質標準的要求。

3.5 PLC控制系統(tǒng)在原油輸送中的應用

在原油的輸送過程中，為達到有效運輸，需要在輸送過程中設立多個工作站對原油進行加熱處理，確保原油的流動特征。原油在進入工作站時要測量其進站溫度，并在工作站內將原油加熱至50℃以上時才能泵出工作站。在整個加熱過程中，控制溫度是最為重要的環(huán)節(jié)，既要達到原油輸送的溫度，還要達到節(jié)能的要求。PLC控制系統(tǒng)以環(huán)境和原油自身狀態(tài)作為重要參數(shù)和計算依據(jù)，對整個加熱過程進行溫度控制，對原油加熱過程包括送風、點火、燃料供給、監(jiān)控等幾個主要環(huán)節(jié)，分別負責不同職能，共同完成燃料混合燃燒工作，要實現(xiàn)加熱過程的溫度控制就要對燃燒物質的混合比例和燃燒環(huán)境進行監(jiān)測，PLC控制系統(tǒng)通過對所采集到的數(shù)據(jù)進行分析，以確定對原油輸送中需提供的熱能，并且實現(xiàn)智能燃燒，以達到節(jié)能的目的。PLC控制系統(tǒng)還能夠及時發(fā)現(xiàn)燃燒過程中出現(xiàn)的溫度異常情況，并發(fā)出報警信號，當溫度或壓力參數(shù)超出安全指標時能夠實現(xiàn)自動停機，確保了整個燃燒系統(tǒng)的安全。

總之，PLC在油田生產的各個環(huán)節(jié)已得到了大量的應用，其良好的兼容性、拓展性為今后創(chuàng)造網(wǎng)絡生產平臺打下了基礎，但目前PLC相關的控制系統(tǒng)在油田生產的應用多為簡單控制，較為復雜的應用仍為少數(shù)。隨著信息技術的不斷發(fā)展，PLC在油田生產的應用將會有更廣闊的前景。

參考文獻

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作者簡介：楊俊清（1986—），男，內蒙古赤峰人，長慶油田第五采油廠助理工程師，研究方向：西門子PLC控制。

（責任編輯：秦遜玉）endprint