PLC微機系統在聯合站中的應用分析

在油田生產中，聯合站原油生產過程是原油集輸過程中的重要環節，聯合站原油生產工藝的自動化控制水平直接影響外輸原油的質量和油田的經濟效益。油田開發早期，聯合站采用的是常規儀表控制模式，隨著計算機技術的發展，計算機控制技術不斷應用在聯合站的生產過程中。90年代初，薩北油田部分聯合站應用的工控機控制技術，同常規儀表控制技術相比，它具有顯示直觀，控制穩定，故障率低等優點，但也存在風險集中，編程復雜，不宜增補控制參數，抗干擾性差、易死機等問題。
近年聯合站、轉油站集輸系統開始嘗試應用小型DCS 或PLC控制技術，該技術同以往控制技術相比具有明顯的優越性。本文主要以PLC技術為代表，詳細論述新型控制技術在聯合站的應用情況。
2 控制原理
2.1 PLC 微機系統基本結構
PLC(Programable Logic Controller)即可編程邏輯控制器，最早是應用在數字邏輯處理的領域中，但隨著應用范圍和應用領域的逐步擴大，以及生產工藝的不斷完善，現在的PLC系統在模擬量處理上取得了很大的進展，近年來已逐步地應用于工業自動控制中。
PLC系統分為下位機（現場控制站）和上位機（管理計算機）兩級結構。通常由現場控制單元、過程接口單元、管理計算機以及信號聯絡線等幾個部分組成，基本結構如圖1。

圖1 PLC 系統基本結構簡要示意圖
上位機：作為系統的人機接口，一般采用windowsNT4.0操作平臺，應用CIMPLICITY組態軟件，通過程序開發和系統的運行平臺，完成數據顯示、人機界面操作以及對整個工藝、自動化控制系統的管理、打印報表等。
下位機：PLC是整個系統的核心，PLC的各種模塊可以根據需要，任意構成采集、控制單元，從而實現對測量、計量參數的采集和回路的控制，整個生產工藝過程的數據采集和過程控制都是由PLC來完成。
2.2 控制原理
下圖為聯合站過程控制原理示意圖

圖2 控制原理方框示意圖
現場一次表檢測的液位、壓力、界面、溫度等輸入信號，轉換為電流信號后，輸入到控制安保器，進行光電隔離，經手操作器進入現場控制站，CPU采集信號后，進行對比分析，通過PID調節，輸出控制信號給執行機構，使調節閥動作，實現自動調節功能；現場控制站在故障情況下，可利用手操作進行手動操作，實現被控制對象平穩運行。
3 系統實現的功能
3.1 上位機實現的功能
3.1.1 窗口監視，包括總貌、組畫面、點顯示、報警、趨勢、系統信息、歷史記錄等。
3.1.2 操作平臺可設置報警參數及控制參數，并與實際參數對比，進行參數報警。
3.1.3 遠程聯絡，可把現場數據傳輸給遠程管理人員，對現場控制情況進行分析。
3.1.4可對現場控制參數進行自動與手動無擾動轉換控制，達到出現故障時，手動調節能夠及時的目的。
3.1.5 報表打印，可打印班報、日報、月報。
3.2 下位機實現的功能
3.2.1 現場數據的實時采集：測量變送單元將被控制參數進行測量轉換成4-20mＡ直流信號，經光電隔離后，輸入到控制器的Ｉ/Ｏ模塊輸出端輸出，再輸入到執行機構實現對控制對象的控制功能。
3.2.2對被控制對象實現過程控制：Ｉ/Ｏ模塊輸入端接受信號后，經數據運算處理后從Ｉ/Ｏ模塊輸出端輸出，再輸入到執行機構，實現對被控制對象的過程控制。
4 應用效果分析
目前，在聯合站集輸工藝控制系統中一般應用的有三種控制模式：一是常規儀表控制模式，二是單一的工控機控制模式，三是集散控制模式（或可編程控制模式）。
在常規儀表控制中，操作人員必須從儀表盤上逐臺讀取儀表的顯示值才能了解生產運行情況，操作與監視相對困難，人-機聯系差。在控制功能方面，由于一臺常規模擬調節器功能單一，僅能實現一種控制功能，對于非線性、多變量控制等復雜功能，難以滿足要求，而且采用儀表多，故障點位相對多，故障率高，相比之下，PLC系統具有顯示直觀，易于操作，故障率低的優點；在工控機控制中，工控機及其采用的A/D板，抗干擾能力相對較差，易死機，可靠性不高，而PLC系統由于整個生產工藝過程的數據采集和過程控制都是由PLC來完成，受到人為因素和環境因素的影響很小，故其系統可靠性高、抗干擾能力強，系統運行更穩定。
近年，在薩北油田的聯合站、轉油站及污水處理站、注聚站中，已逐步開始應用PLC微機系統控制技術，如：近年老改工程中在北部過渡帶轉油放水站、北二東區塊聯合站的改造中，自控系統全部更新為PLC微機系統；在轉油中轉站中薩北**站、北**等站也都應用了PLC微機系統，其它的象北**污水處理站、北**注聚配置站等也都已應用了PLC微機系統。下面就東部過渡帶的北**轉油放水站PLC微機系統控制技術的應用效果情況進行具體分析。
東部過渡帶的北**轉油放水站在前兩年的轉油放水站老改施工改造中，對原有的自控系統進行了全部更新，更新后北**轉油放水站應用的是德國西門子公司生產的S7-300控制器（PLC）。從該站應用情況看，應用該系統不但實現自動控制投入少，控制穩定，自動化程度高，易于操作，而且可實現網絡化管理，具體優越性表現在以下兩方面：
4.1 增加了安全生產的可靠性
北**轉油放水站共分為游離水、外輸、沉降等3個生產崗位，由于每年的春季設備檢維修檢查、冬防保溫檢查等大型迎檢檢查，加上近年管理先進站上水平的工作量不斷增加，崗位工人脫離值班室，在場區工作的時間也越來越長，無形中給安全生產帶來了事故隱患。但在安裝了PLC微機系統后，崗位的任何一員工，都可隨時地、自如地通過微機監控到全站各崗的生產情況，從而消減了事故隱患的發生，增加了安全生產的可靠性。
4.2 大大提高了參數穩定性
在PLC自控系統更新前，北**轉油放水站應用的是常規儀表控制模式，生產參數非常不平穩，運行曲線波動較大，時常有超出指標控制范圍的時候；在PLC自控系統更新后，這種情況明顯得到了改善，由于數據監控及時，人機界面操作簡單方便，真正做到了“三勤五平穩”，生產參數運行曲線平滑，沒有明顯波動。
PLC微機系統控制技術的應用在顯示其卓越的優越性同時，目前也存在以下兩點問題：
（1）部分需進機參數還不全，如加熱爐超高溫報警系統無法使用、外輸流量計累積量還不能顯示等，需廠家盡快給予解決。
（2）系統出現問題，目前基本上都是廠家來人處理，崗位工人還不具備處理解決的能力，這方面還需要廠家對值班人員進行培訓。
5 結語
5.1 PLC微機系統由于實現現場數據采集和過程控制，同單體表控制相比，故障率低，控制可靠，并可實現信息共享，提高自動化控制水平和系統可靠性；同工控機控制系統相比，抗干擾性強，控制穩定，風險降低，安全可靠，而且編程簡單，易于修改和擴充。
5.2采用PLC微機系統，實現網絡監測、管理、操作及報表打印功能，便于對生產運行狀況進行監控和操作，大大減少崗位操作人員的勞動工作量。
5.3 根據薩北油田的應用情況，建議將PLC微機系統控制技術在全油田大面積推廣。