王軍

摘要

本文圍繞輸入輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、功能及安全性四個(gè)方面對(duì)PLC在油田控制系統(tǒng)中的選型進(jìn)行闡述，并提出設(shè)計(jì)性價(jià)比最優(yōu)的控制系統(tǒng)的工藝要求。另外，結(jié)合油田生產(chǎn)中原油開采、計(jì)量控制、轉(zhuǎn)油放水、污水處理、原油輸送五個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)PLC在油田控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】輸入輸出點(diǎn)數(shù) 存儲(chǔ)器容量 安全性PLC控制系統(tǒng) 應(yīng)用

1 引言

PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，它的功能表現(xiàn)在高效精準(zhǔn)的獲取生產(chǎn)信息及數(shù)據(jù)，經(jīng)過縝密的分析判斷，利用功能完備的生產(chǎn)設(shè)備，保障系統(tǒng)工作平穩(wěn)進(jìn)行。新疆克拉瑪依油田是我國(guó)解放后發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)大油田，它位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣并且具備豐富的石油資源。如今的克拉瑪依的石油煉制和化學(xué)工業(yè)已經(jīng)得到了蓬勃的發(fā)展。但是克拉瑪依油田面對(duì)當(dāng)前石油產(chǎn)業(yè)越來越復(fù)雜化的大環(huán)境背景，同樣需要配備一套相應(yīng)的控制系統(tǒng)來配合油田開發(fā)的工作?？删幊炭刂破骷碢LC，其具備嚴(yán)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、非常完備的功能、便捷的操作性、極高的可靠性等一些列優(yōu)點(diǎn)，充分的運(yùn)用在控制系統(tǒng)之中，完全發(fā)揮控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。目前，PLC在油田的開發(fā)生產(chǎn)方面越來越普及，并且在不斷地技術(shù)革新中，其種類和數(shù)量也越來越多，功能也越來越完備。面對(duì)結(jié)構(gòu)型式、性能容量、價(jià)格都大不相同的PLC，在選擇使用時(shí)要根據(jù)使用場(chǎng)合的不同而具體情況具體分析。因此，PLC的選擇是否合理直接影響著控制系統(tǒng)是否能夠順利運(yùn)行。

2 PLC的分類

2.1 根據(jù)性能對(duì)PLC進(jìn)行分類

按照性能對(duì)PLC進(jìn)行分類，其中性能方面包括PLC的I/O點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量的大小及控制功能的不同三個(gè)大類。根據(jù)這三個(gè)性能可將PLC分為小型、中型和大型：

（1）小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)比256點(diǎn)要低，CPU為單，用戶程序存儲(chǔ)量未達(dá)到四千字，主要的控制方式為開關(guān)量。

（2）重型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)控制在256點(diǎn)和2048點(diǎn)之間，采用雙CPU，存儲(chǔ)器容量為在兩千到八千字之間，其各項(xiàng)基本功能都較強(qiáng)，其中有數(shù)據(jù)傳送和比較功能、遠(yuǎn)程I/O功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能等。

（3）大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)要高于2048點(diǎn)，多CPI，存儲(chǔ)器安排在八千到一萬六千字之間，相比于小型、中型PLC，大型PLC多設(shè)置了幾項(xiàng)功能。

2.2 根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)PLC進(jìn)行分類

整體式PLC和機(jī)架式PLC是按照構(gòu)成形式對(duì)PLC分成兩類。所謂整體式PLC表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)趨于整體式，即一個(gè)機(jī)箱內(nèi)集中多種配置。這種整體式PLC大大提高了裝入設(shè)備時(shí)的便捷性，并且還具備1/O值小、價(jià)格低等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。而機(jī)架式結(jié)構(gòu)的PLC恰恰與整體式相反，其每個(gè)單元都是相互獨(dú)立，運(yùn)行時(shí)再將各個(gè)單元連接到機(jī)架底板的插座上進(jìn)行使用。其優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)具體生產(chǎn)實(shí)際要求來配置模塊從而形成差異較大的PLC。機(jī)架式結(jié)構(gòu)的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)大，使用起來靈活多變，便捷度高，易于拓展。

2.3 根據(jù)應(yīng)用范圍對(duì)PLC進(jìn)行分類

通用型、專用型、安全型三類是根據(jù)PLC應(yīng)用范圍的不同而進(jìn)行分類。若針對(duì)一具體的工藝要求而特意研究一種配置裝備，如數(shù)控機(jī)床、鍋爐設(shè)備等，這類屬于專用型PLC。所謂安全型PLC就是以關(guān)鍵系統(tǒng)和高安全要求為核心而特意研發(fā)的PLC。高度重視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障問題，確保發(fā)生危險(xiǎn)是系統(tǒng)能否及時(shí)的恢復(fù)到安全狀態(tài)。

3 PLC選型方法

PLC選型是根據(jù)己確定好的控制方案進(jìn)行PLC工程設(shè)計(jì)選型。PLC選型需要對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)量進(jìn)行估算，確定PLC的控制功能、外部設(shè)備特性等，才能選出較高性價(jià)比的PLC，設(shè)計(jì)出高匹配度的控制系統(tǒng)。具體的選型判斷方法為以下四點(diǎn)：

3.1 判斷PLC的規(guī)模大小

根據(jù)工藝控制要求準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)字輸入/輸出量和模擬輸入/輸出量，在統(tǒng)計(jì)出的結(jié)果上再加百分之十到百分之三十的余量，以此作為I/O總點(diǎn)數(shù)。PLC存儲(chǔ)器容量估算的公式為：存儲(chǔ)器容量=數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)×10+模擬量I/O點(diǎn)數(shù)×25+特殊量I/O點(diǎn)數(shù)×100。

3.2 對(duì)于輸入輸出模塊的考慮

此時(shí)需要判斷信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求的一致性。一般來說繼電器的輸出環(huán)節(jié)具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如價(jià)格低、電壓使用范圍廣、生命周期不長(zhǎng)等?？煽毓璧妮敵瞿K存在價(jià)格貴、過載能力差兩方面的不足。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通訊方面的考量

按照網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的實(shí)際情況和具體要求，在網(wǎng)絡(luò)通訊方面考量時(shí)要注意具體通信功能的處理器類型的不同，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)等功能。大型PLC及中型PLC一般來說是具備多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來支撐的，它們的通信總線需要按照1：1進(jìn)行冗余配置。PLC通信接口主要是由并行通信接口、RIO通信接口、工業(yè)以太網(wǎng)等構(gòu)成。

3.4 安全型PLC的要求

高度重視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障問題，確保發(fā)生危險(xiǎn)是系統(tǒng)能否及時(shí)的恢復(fù)到安全狀態(tài)。因此，安全系統(tǒng)PLC的結(jié)構(gòu)和處理方式都是極為特殊的，其基本要求要做到以下三點(diǎn)：首先，具備第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)安全認(rèn)證資質(zhì)，符合安全性及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);其次，其硬件設(shè)備在物理上要完全獨(dú)立于分散型控制系統(tǒng);最后，診斷測(cè)試方法要完備。

4 PLC在油田中的應(yīng)用

PLC在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，包括在油田生產(chǎn)方面其在原油開采、輸送、計(jì)量這三個(gè)環(huán)節(jié)都得到良好的應(yīng)用：一方面生產(chǎn)效率變高;另一方面，保證油田生產(chǎn)工作的平穩(wěn)進(jìn)行，在一定程度上解決油田生產(chǎn)的安全性問題。然而，PLC系統(tǒng)主要應(yīng)用在原油集輸處理、天然氣處理、水處理、注水、聚合物配置、聚合物注入等工藝環(huán)節(jié)，溫度、壓力、差壓、液位、界面、流量這六個(gè)因素是PLC系統(tǒng)重點(diǎn)檢測(cè)和控制部分。

4.1 PLC應(yīng)用于油田原油開采環(huán)節(jié)

PLC在油田開采環(huán)節(jié)中監(jiān)測(cè)石油鉆桿熱處理的情況及涉及到的各個(gè)因素，并對(duì)整個(gè)熱處理的情況做出清晰、全局的把控，一旦采油裝置出現(xiàn)故障，PLC系統(tǒng)的安全機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)揮作用，啟動(dòng)報(bào)警，進(jìn)而啟動(dòng)保護(hù)程序處理故障問題，使得工作平穩(wěn)開展。

4.2 PLC應(yīng)用于油田計(jì)量環(huán)節(jié)

油田在計(jì)量控制方面使用PLC，對(duì)比于過去的人工計(jì)量以及儀表計(jì)量，大大提升工作效率，能夠使得傳輸數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)自動(dòng)化，避免人工帶來的一系列不必要的麻煩。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、信息傳輸?shù)母咝浴嬅骘@示的直觀性也得到有效的保證。

4.3 PLC應(yīng)用于油田轉(zhuǎn)油防水環(huán)節(jié)

所謂轉(zhuǎn)油防水是將單井和計(jì)量間的輸送來的原油混合液進(jìn)行初步分離，對(duì)收集分離后的油、氣、水展開計(jì)量并輸送到各工作站進(jìn)一步展開深度脫水處理。PLC對(duì)電脫水器、脫水加熱爐、真空加熱爐等設(shè)備涉及到的壓力、溫度、液位、流量等因素的情況加以實(shí)時(shí)觀察，并設(shè)安全報(bào)警裝置，改變了傳統(tǒng)人工切換流程的繁瑣和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。

4.4 PLC應(yīng)用于油田污水處理環(huán)節(jié)

油田被大量開采后，不斷出現(xiàn)注水開發(fā)的情況，對(duì)環(huán)境造成很大程度的污染。為了避免環(huán)境污染問題，需要嚴(yán)格優(yōu)化污水的處理流程，需要注入的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)嚴(yán)格的把控。關(guān)于污水的處理裝置中加入了PLC系統(tǒng)，收集污水PH值信息數(shù)據(jù)、液位觀測(cè)信息及來水流量計(jì)量信息變得高效快捷，而且數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確，滿足準(zhǔn)確注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.5 PLC應(yīng)用于油田原油偷送環(huán)節(jié)

原油輸送是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，工作過程中設(shè)置了多個(gè)加熱工作站來優(yōu)化原油流動(dòng)的特性。而溫度的把控是否合理成為此環(huán)節(jié)的核心要點(diǎn)：不僅需要達(dá)到特定的輸送溫度，還得考慮節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。PLC將周圍環(huán)境特點(diǎn)和原油己具備的特性視為參數(shù)并作為計(jì)算的根據(jù)。它利用獲取到的信息和數(shù)據(jù)展開分析和判斷，判定原油輸送過程所需熱能大小以完成燃燒智能化，并隨時(shí)關(guān)注著燃燒過程中的溫度變化情況，一旦溫度變化出現(xiàn)異常，啟動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)停止運(yùn)行，確保著整個(gè)燃燒環(huán)節(jié)的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC在油田控制系統(tǒng)中做出合理的選型后，要有針對(duì)性的提出設(shè)計(jì)性價(jià)比最優(yōu)的控制系統(tǒng)工藝要求。此外，結(jié)合油田生產(chǎn)中提及的五個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)PLC在油田控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行論述后發(fā)現(xiàn)PLC種類、數(shù)量及功能越來越多，技術(shù)模式也在不斷革新，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，并且PLC在油田工作的每個(gè)流程中已得到切實(shí)運(yùn)用。如何選擇PLC控制系統(tǒng)，使其能夠在油田生產(chǎn)中得以發(fā)揮最大的高效性及可靠性已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]莊文浩.PLC在油田控制系統(tǒng)中的選型與應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2013，20（02）：54-56.

[2]胡文娟.PLC控制系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用探析[J].化學(xué)工程與裝備，2015（08）：109-110.

[3]張群英.S7-300PLC在油田自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2013，32（02）：72-73.