油田聯(lián)合站工作體系下的PLC 應(yīng)用探析

王科

（大慶油田創(chuàng)業(yè)集團(tuán)新世紀(jì)實(shí)業(yè)公司自動(dòng)化儀表分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 聯(lián)合站工藝流程簡析

聯(lián)合站的核心價(jià)值就在于對(duì)原油進(jìn)行初步的凈化，主要是需要將水脫離出去，這直接關(guān)系到成品油的計(jì)量交換，因此，從成品油的質(zhì)量穩(wěn)定方面看，聯(lián)合站的工作質(zhì)量至關(guān)重要。在這個(gè)技術(shù)框架下，原油和天然氣的處理以及污水處理，是聯(lián)合站需要關(guān)注的重點(diǎn)，除此以外，外輸原油的檢測也是一個(gè)重點(diǎn)問題。其中，原油首先進(jìn)入游離水脫除器，實(shí)現(xiàn)初步油水分離，而后進(jìn)一步送達(dá)含水油緩沖罐，并且經(jīng)過加熱爐送入電脫水器，最后到達(dá)凈化油緩沖罐進(jìn)行處理，并且由外輸油泵和外輸油流量計(jì)輸出，送進(jìn)油庫。天然氣在聯(lián)合站中，則是經(jīng)由天然氣除油器來實(shí)現(xiàn)自然沉降和初步過濾，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，除油器能夠?qū)⑻烊粴庵械乃洼p質(zhì)油進(jìn)行脫離，過濾后的天然氣經(jīng)由流量計(jì)實(shí)現(xiàn)向外輸送。對(duì)于聯(lián)合站中的污水，則是送達(dá)到污水崗，在此經(jīng)過兩次過濾，在確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過水泵和流量計(jì)的計(jì)量送往注水站。最后，還需要對(duì)分離出的油氣進(jìn)行質(zhì)量檢測，以原油為例，多采用抽樣檢測的方法，確保含水量控制在0.3%以下。

2 PLC 支持下的聯(lián)合站結(jié)構(gòu)分析

PLC 在聯(lián)合站中的深入應(yīng)用，是工業(yè)自動(dòng)化的必然，這不僅僅關(guān)系到工作效率的提升，也與石油工業(yè)環(huán)境的安全水平密切相關(guān)。在當(dāng)前的聯(lián)合站工作環(huán)境中，SIEMENS 公司的HMI 監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC 是比較常見的工具之一，這一軟件可以支持PLC 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過程控制。通常而言，在聯(lián)合站中會(huì)設(shè)置一個(gè)中心控制室，室內(nèi)有現(xiàn)場PLC 以及各類監(jiān)控系統(tǒng)與工程師操作站一同工作，其價(jià)值在于將聯(lián)合站中諸多任務(wù)藝環(huán)節(jié)中的工作參數(shù)進(jìn)行采集，并且選擇合適的方式進(jìn)行展示。這等于是實(shí)現(xiàn)了中心控制室對(duì)整個(gè)聯(lián)合站不同崗位的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，在諸多工作環(huán)節(jié)工作參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋的同時(shí)，中心控制室也可以對(duì)工作參數(shù)以及編程組態(tài)進(jìn)行修改。

油田聯(lián)合站的數(shù)據(jù)傳輸，是將以太網(wǎng)作為核心來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的，并且多以模塊IM360、IM361 對(duì)下位機(jī)進(jìn)行容量方面的擴(kuò)展。最下層是一種物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)，將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分別為壓力傳感器、溫度傳感器等，不同的傳感器將對(duì)應(yīng)的工作環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且經(jīng)過設(shè)備總線送達(dá)PLC 現(xiàn)場站。這是一個(gè)分布式的系統(tǒng)，但是，在PLC 體系的支持之下，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式的基礎(chǔ)運(yùn)算和判斷。隨后數(shù)據(jù)被送達(dá)到PLC 主站，在實(shí)際的工作環(huán)境中，PLC 現(xiàn)場站可能存在多個(gè)，分別負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)的工作環(huán)節(jié)。工作人員可以通過工程師站或者操作員站接入以太網(wǎng)，并且與PLC 主站進(jìn)行聯(lián)系。操作員站點(diǎn)在這樣的系統(tǒng)中同樣會(huì)存在多個(gè)，但是，工程師站通常只有一個(gè)。操作員站中，可能有部分僅與以太網(wǎng)保持聯(lián)系，即通常只有一個(gè)操作員站通過油田局域網(wǎng)獲取關(guān)于信息綜合管理和設(shè)備監(jiān)控診斷方面的信息。這是兩個(gè)相對(duì)而言更高層級(jí)的自動(dòng)監(jiān)聽功能，負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)獲取到的諸多方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且做出必要判斷，其中網(wǎng)絡(luò)安全和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，是信息綜合管理和設(shè)備監(jiān)視診斷兩個(gè)模塊的工作重點(diǎn)所在。除此以外，這兩個(gè)模塊還會(huì)與數(shù)據(jù)庫保持聯(lián)系，將獲取的相關(guān)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并且在隨后的工作中以此作為依據(jù)展開對(duì)設(shè)備以及數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境的診斷。而工作人員利用系統(tǒng)的人機(jī)交互界面對(duì)相應(yīng)的設(shè)備發(fā)送指令的時(shí)候，則是通過以太網(wǎng)將對(duì)應(yīng)的控制指令送達(dá)PLC 主站，而后進(jìn)一步交由PLC 分站的AO 和DO 模塊，對(duì)相關(guān)組件展開基本的控制和調(diào)節(jié)。同時(shí)，在終端的諸多工作設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，會(huì)經(jīng)過設(shè)備總線和現(xiàn)場PLC 分站的AI 以及DI 模塊，將對(duì)應(yīng)的指令反饋到PLC 主站，最終通過以太網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)視站。

對(duì)于這樣的一個(gè)系統(tǒng)而言，其突出特征存在于多個(gè)方面。首先，其具有良好的集成特征，也就是將更多的數(shù)據(jù)融合在同一個(gè)系統(tǒng)下。對(duì)于這樣的一個(gè)系統(tǒng)，利弊兼而有之，從有利的方面看，就是海量的數(shù)據(jù)能夠幫助系統(tǒng)更好地發(fā)現(xiàn)存在于數(shù)據(jù)內(nèi)部的特征，有助于實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)背景下的智能化。而從不利的角度看，就是增加了該系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全的風(fēng)險(xiǎn)性，一旦發(fā)生安全威脅，則受災(zāi)覆蓋面波及較大，因此，在進(jìn)行安全布局的時(shí)候，壓力大成本也會(huì)隨之上升。其次，監(jiān)控系統(tǒng)采取模塊化的方式進(jìn)行配置，對(duì)于后期PLC 聯(lián)合站的發(fā)展能夠保持高度友好，兼容性也會(huì)隨之增加。除此以外，故障的診斷和排除、技術(shù)和軟件系統(tǒng)的升級(jí)等細(xì)節(jié)問題，在成本上也可以實(shí)現(xiàn)良好控制?？梢哉f，模塊化的系統(tǒng)能夠在未來的發(fā)展過程中保持彈性，在技術(shù)的迭代方面會(huì)跟得比較緊，但是，卻實(shí)現(xiàn)了成本在一定程度上的可控。最后，這樣的一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，只強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在邏輯層面的結(jié)構(gòu)即可，對(duì)于物理介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等問題，并不需要過度關(guān)注。并且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，看似比較傳統(tǒng)的總線型網(wǎng)絡(luò)，卻具有良好的數(shù)據(jù)交換速度，帶寬也能夠得到保證。

3 PLC 體系下的傳感器工作特征

對(duì)于PLC 支持下的聯(lián)合站，其功能的實(shí)現(xiàn)還有賴于傳感領(lǐng)域。傳感器是能夠?qū)ν饨绛h(huán)境有所感知，并且獲取其信號(hào)以及物理?xiàng)l件或化學(xué)組成的設(shè)備，這一設(shè)備同樣能夠肩負(fù)有將相關(guān)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸給其他裝置的職責(zé)。依據(jù)傳感器的工作原理，可以大體分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩類，分別依靠物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和工作狀態(tài)的感知。其中，諸如壓電效應(yīng)、磁致伸縮現(xiàn)象、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)都屬于物理傳感器可以獲取的范疇，而化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等，則屬于化學(xué)傳感器作用的領(lǐng)域。具體到聯(lián)合站監(jiān)控領(lǐng)域中，壓力、溫度以及液位是比較突出的幾個(gè)方面。其中壓力傳感器多利用壓電效應(yīng)而展開工作，因此也會(huì)被稱作壓電傳感器。它主要選用石英、酒石酸鉀鈉或者磷酸二氫胺展開工作，但無法進(jìn)行靜態(tài)測量，用于測定壓力增值量。通常而言，半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是比較常見的選擇，其在薄片表面形成變形壓力，并且進(jìn)一步產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使得阻抗的變化轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。溫度傳感器則是利用物質(zhì)隨溫度變化而發(fā)生的物理變化轉(zhuǎn)化成為電量，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)電信號(hào)的方式來展開工作，具體則分為接觸式和非接觸式兩個(gè)主要類別，如果按照傳感器材料與電子組件特性進(jìn)行劃分，還可以分為熱電阻與熱電偶兩類。其中，接觸式溫度傳感器即通常所說的溫度計(jì)，這是利用傳導(dǎo)或者對(duì)流達(dá)到熱平衡而改變示值的工作方式，通常而言，精度較高，也因此被列為在聯(lián)合站PLC 系統(tǒng)中最常選用的溫度傳感器。而液位傳感器的根本，則是一種壓力傳感器，可以分為接觸式和非接觸式兩種。其中前者包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位變送器、浮球式液位變送器、磁性液位變送器、電動(dòng)內(nèi)浮球液位變送器以及電動(dòng)浮筒液位變送器等幾種；而后者則主要包括超聲波液位變送器、雷達(dá)液位變送器等。實(shí)際工作中，多種液位傳感器均有不同的應(yīng)用，相對(duì)而言，靜壓投入式液位變送器略常見，這是一種將靜壓轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的傳感測定方式，并且在產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電信號(hào)后，還會(huì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償和線性修正，因此，結(jié)果相對(duì)比較可靠。

在傳感器實(shí)際工作的過程中，無論何種傳感器，都是用敏感組件對(duì)被測量的對(duì)象進(jìn)行感知，而后將信號(hào)送達(dá)轉(zhuǎn)換器件加工，形成可以測定的電路參量，并且進(jìn)一步經(jīng)由轉(zhuǎn)換電路形成對(duì)應(yīng)的電量輸出，最終由測量電路對(duì)這種電量進(jìn)行測定形成數(shù)據(jù)。這樣的工作方式本身決定了傳感器的非線性特征，因此，必須利用軟件手段對(duì)其展開線性化并且輔以修正。

4 結(jié)語

油田聯(lián)合站的整體工作質(zhì)量，直接關(guān)系到原油的第一級(jí)加工，更是與原油的質(zhì)量和產(chǎn)量等諸多因素保持了密切的關(guān)系，因此不容忽視。在當(dāng)前聯(lián)合站工作環(huán)境中，PLC 的存在已經(jīng)成為重要支持之一，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要保障，也是切實(shí)提升聯(lián)合站工作效率、優(yōu)化整體工作環(huán)境水平的必然依賴。在實(shí)際工作中，必須對(duì)油田聯(lián)合站的工作細(xì)節(jié)保持警惕，才能有效發(fā)現(xiàn)相關(guān)不足之處，才能切實(shí)推進(jìn)其發(fā)展。