基于PLC的联合站监控系统设计.pdf

日经验窒逾日 Do i l 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 2 2 基于P L C 的联合站监控系统设计 置 麦 杨忠强’ ，杨照君 ，张 林。 ，曹永平 1 ． 西南石油大学电气信息学院 ，成都 6 1 0 5 0 0 ；2 ． 中国石油天然气有限公司大港油 田分公司，天津 3 0 0 2 8 3 ；3 ． 中海石油 中国 有限公司天津分公司，天津 3 0 0 4 5 0 ； 4 ． 河南石油勘探局技术监测中心，南阳 4 7 3 1 3 2 摘要联合站是油田原油与天然气集输生产中极为重要的工艺过程之一。为了对联合站实施安全、平稳、高效的控制，本 文设计了一种基于可编程逻辑控制器 P L C、传感器技术、监控组态软件技术Wi n C C 现场总线技术的监控系统。系统 实现了对工艺参数的数据采集和监控、历史数据的保存、自动生成报表功能，提高了联合站的自动控制和管理水平。 关键词联合站；可编程逻辑控制器；数据采集；组态 中图分 类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标志码B T h e d e s i g n o f j o i n t s t a t i o n mo n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n P L C YA NG Z h o n g - q i a n g ， Y ANG Z h a o - j u n 2 , Z HA NG L i n 3 ,CA O Yo n g p i n g 4 1 ． S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d I n f o r ma ti o n ， S WP U， Ch e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， Ch i n a ； 2 ． Da g a n g Oi l fi e l d B r a n c h C o mp a n y o f C NP C ， T i a n j i n 3 0 0 2 8 3 ， C h i n a ； 3 ． T i a n j i n B r a n c h Co mp a n y o f C NOOC， T i a n j i n 3 0 0 4 5 0 ， C h i n a ； 4 ． T e c h n i c a l S u p e r v i s i o n Ce n t e r o f He n a n o i l E x p l o r a t i o n Bu r e a u ， Na n y a n g 4 7 3 1 3 2 ， Ch i n a Ab s t r a c t J oi n t s t a t i on i s on e o f e x t r eme l y i mp or t an t p r o c e s s e s o f o i I an d ga s g a t h e r i n g a n d t r a n s f er r i n g p r o c es s i n o i l f i e l d s ． I n o r de r t o t ak e c o n t r o I o f i oi n t s t a t i on s a f e l y an d e f f i c i e n t l y ， t h i s p a p e r d e s i g n s a s u p er v i s o r y an d c o n t r oI s y s t e m b a s e d o n PL C， s e n s o r t e c h n ol o g y a n d c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e W i n CC． Th e s y s t e m a c c o mp l i s h e s p r o c e s s d a t a a c q u i s i t i o n ， p r e s e r v i n g h i s t o r i c a l d a t a ， a n d c a n g e n e r a t e r e p o r t s a u t o ma t i c a l ly ． T h e s e f u n c t io n s i n c r e a s e} o i n t s t a t i o n ’s a u t o ma t ic c o n t r o l a n d man ag eme n t s t a n da r d． K e y w o r d s j o i n t s t a t i o n ； p r o g r a mma b le l o g i c c o n t r 0 I le r d a t a a c q u i s it i o n c 0 n f l g u r a t io n 0 引言 联合站是油气集中处理联合作业站的简称 ，是油田原 油与天然气集输生产中极为重要的工艺过程之一，包含若 干较复杂的工艺环节。站内主要工艺过程包括油气集中处 理 油气水三相分离 、污水净化处理 、油 田注水增压和 辅助生产设施等部分 】 。 油田开发进入中后期，油井的综合含水率不断上升， 原油 日产量波动较大，导致联合站脱水压力达不到要求， 控制系统在联合站原油处理过程中负荷过大，这样容易出 现安全生产事故。现阶段，国内大部分油田联合站集输系 统一般采用人工监控或者使用分立仪表的监控方式 ，压 力 、液位、温度及流量等各个工艺参数基本上都是采用人 工抄表的方式进行监测，这样就会导致较大的随机误差， 生产效率和管理水平得不到进一步的提高。因此 ，为使联 合站集输系统安全、平稳 、高效运行 ，本文设计了一种基 于P L C 的监控系统，提高联合站 自动控制和管理水平。 1 联合站控制要求 1 ．1 联合站生产工艺概述 联合站的主要功能是将各油田来的高含水原油进行沉 降分离、加热脱水等环节进行油气水的分离 ，生产出合格 的成品油 ，外输至联合站的原油品质好坏直接影响成品油 8 4 E l C Vo 1 ． 2 O 2 0 1 3 N o．5 的计量交换。因此保证这一环节生产的安全平稳运行很重 要 。 1 ． 2 联合站工艺控 制要求 控制要求有 整个系统能够长时间平稳运行 ，在出现 紧急情况时 ，要有应急保障措施；控制系统要求拥有较高 的自动化水平 ，便于 日常管理和减轻工人劳动强度 ；采用 密闭式输油 ，保护环境 ，减少污染 ；控制系统易于改造和 升级，以适应油田生产工艺过程的调整与改造 ；满足正常 生产的条件下 ，合理投资，节约成本。 2 联合站监控系统总体设计方案 联合站监控系统采用分布式控制系统 DC S的结 构，主要分为分散过程控制级和集 中操作监控级[ 2 】 。位于 中控室的集中操作监控层上位机将联合站中的各个工艺参 数进行集中显示 ，可以对相关参数及编程组态做修改 ，并 且可以远程监控相关的重要岗位 ，并对故障及时报警 ， 可以实现报表制作 、打印 ，另外还有历史 数据归档及数 据统计功能等。上位机监控组态软件使用S I E ME N S 公司的 Wi n C C ，对工艺过程进行画面组态，使得生产过程动态地 显示在上位机上，在画面上也可以进行过程控制 j 。下位机 使用s 7 3 0 0 P L C 进行数据采集 ，计算和过程控制。上位机 通过工业以太网与现场P L C 通信进行数据交换。联合站监 控系统结构框图如图1 所示。 置 墨旦 图1 联合站监控系统结构框图 3 联合站监控系统硬件设计 联合站监控系统硬件主要包括现场检测仪表 、 统 电源模块 、C P U 模块 、I ／ O 模块、通信模块等 机等。系统硬件原理图如图2 所示。 上位机P c 申 下位机P C PR OFI B U S DP 由 舀 由 图2 系统硬件原理图 P L C 系 、上位 3 ． 1 检测仪表 在联合站监控系统中工艺参数的采集都是通过各种传 感器或智能变送器来采集的，如压力 、温度 、液位 、流量 变送器等。传感器输出是计算机监控系统的现场数据源， 要求能够准确 、及时和稳定地反映生产过程的工艺参数 。 由于现场检测仪表处于危险工业环境中，仪表 自身防爆等 级必须达到环境的防爆要求 ，与控制柜之间的信号线必须 经过安全栅进行隔离防爆 。 3 ． 2 P L C系统 根据联合站监控系统的工艺控制要求，即系统要求的 响应速度 、输入和输出点数等 ，系统选用西门子S 一 3 0 0 系 y lJ P L C，包括电源模块、C P U 模块 C P U 3 1 4 C、模拟量输 入和输出模块 、数字量输入和输出模块及以太网通信模块 等 】 。由于P L C 系统均采用模块化设计 ，其安装使用非常方 便 、可靠。 3 _ 3 上位 监控 主机 位于中控室 的上位机负责对现场控制站 下位机 管理和通信，并为操作和管理人员提供人机交互界面。考 虑到工业现场的环境和可靠性要求 ，主机选用了一台高 性能 、高可靠性的 I N T E R P I I I 4 5 0 专用工业控制计算机机 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日经验童逾日 简称工控机 。内存5 1 2 M 或以上 以适应操作系统 Wi n d o w s 9 8 或Wi n d o w s N T 的运行要求；硬盘 6 0 G 或者更大， 以满足建立控制系统实时数据库的需要；选用大屏幕显示 器，可提供更为清晰的图形界面。再配以相应的监控组态 软件，通过通信接口实现对现场控制级的局部I ／ O控制器的 管理，并为程序员和操作员提供良好的人机界面服务。 4 联合站监控系统软件设计 系统控制器使用的是西门子S 一 3 0 0 P L C，程序设计使用 S T E P 7 软件进行梯形图编程。梯形图采用结构化编程 ，即 建立联合站各个分系统的控制任务的功能F c 或功能块F B， 再进行数据块D B 的定义，然后在系统主程序中调用相应的 F C 或F B 来完成对系统的的控制。程序流程图如图3 所示。 图3系统软 件流 程 图 4 ． 1 模拟量 采集 子程序 联合站各个工艺流程有相应的模拟量参数需要监控 ， 例如温度 、压力 、流量、液位等。这些工艺参数都需要实 时地显示在监控画面中。该系统的模拟量采集子程序设计 基本思想是采用P L C 指令系统中的MO V指令，将外设采集 的有关工艺数据传送至数据块DB 中，以供上位机组态软件 的使用。上位机读取DB 中相应变量的数据并显示在画面 中，也可以将人工修改的参数值保存在变量中。 4 ． 2 模拟量报警子程序 关于各种过程工艺参数的报警子程序，建立一个F C 用 来完成相关模拟量超限报警。模拟量报警子程序设计思想 是 使用P L C 指令中的C MP比较 指令 ，将模拟量的实 时采样值与其程序设定上下限值做比较 ，若采样值大于它 的上限值或者小于它的下限值 ，将输出一个数字量驱动报 警。现在采用声光报警 ，并在监控画面中弹出警告文本。 4 _ 3 油罐液位控制P I D 子程序 油罐液位控制系统采用模糊P I D 控制规律 ，利用现场实 验数并通过O P C 技术确定P 、I 、D 参数值，然后把这些参数 下载g lJ P L C 内部的连续P I D 控制器S F B 4 1 来完成油罐液位模 糊P I D 控制。S F B 4 1 作为C P U 3 1 4 C 的系统功能块 ，它的输出 为连续变量。S F B 4 1 还可以用来处理设定值和过程反馈值， EI C V O I ． 2 O 2 0 1 3 No ． 5 8 5 日经验窒逾日 计算所需的数据保存在其背景数据块中 。 5 结束语 本文跟据油田联合站工艺过程的基本要求及P L C 控制 系统的设计规律，使用传感器、P L C、上位机和现场总线 技术实现了对油 田联合站监控系统的设计。为了适应油田 地面工程数字化建设要求 ，系统还可以通过工业 以太网 模块接人企业管理系统 ；也可以通过在监控软件中组态 We b S e r v e r ，实现系统的远程访问。运用该系统对联合站实 施监控，使原油处理工艺过程更为平稳和高效，确保了联 合站集输过程正常运行，有效地降低了工人的劳动强度 ， 提高了管理水平。口 参考文献 【 1 】 李涤非． P L C 在油田联合站中的应用I D ] 北京 中国石油大学， 2 0 1 1 【 2 】 于海生 计算机控制技术[M] ． 北京机械工业出版社， 2 0 0 8 ． [ 3 】刘华波，王雪，何文雪组 态软件Wi n CC 及其应用[ M] 北京机械工业 出版社．2 0 0 9 置 麦旦 f 4 ] 潘永湘，杨延西赵 跃 过程控制与 自动化仪表 第2 版 【 M】 ．北京机械 工业出版社，2 0 0 8 5 1 廖常初 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L c 应用技术 第3 版 [ M] ．北京 机械工业出版 社， 2 0 1 2 ． 『6 1 肇 恒军 联 合站 分布式 微机测 控系统 研究 【 D] ． 哈 尔滨理 工大 学， 2 0 0 3 [ 7 ] 工业组态软件实用技术[M】 ．北京清华大学出版社， 2 0 0 5 作者简介 杨忠强 1 9 8 4 一 ， 男， 四川成都人， 硕士研究生， 研究方向为石油天 然气生产中自动化装置 、油气的测试与计量。 收稿日期 2 0 1 3 0 7 0 3 国务院发布 大气污染防治行动计划 日前 ，国务院发布 大气污染防治行动计划 以下 简称 行动计划 。这是当前和今后一个时期全国大气 污染防治工作的行动指南。 行动计划 按照政府调控与市场调节相结合 、全 面推进与重点突破相配合 、区域协作与属地管理相协调、 总量减排与质量改善相同步的总体要求，提出要加快形成 政府统领、企业施治 、市场驱动 、公众参与的大气污染防 治新机制，本着 “ 谁污染 、谁负责 ，多排放 、多负担 ，节 能减排得收益、获补偿”的原则 ，实施分区域 、分阶段治 理 。 行动计划提出，经过五年努力，使全国空气质量 总体改善 ，重污染天气较大幅度减少；京津冀、长三角、 珠三角等区域空气质量明显好转 。力争再用五年或更长时 间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。具体 指标是 11 2 0 1 7 年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓 度l t ,2 0 1 2 年下降1 0 ％以上，优 良天数逐年提高；京津冀、 长三角 、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降2 5 ％、2 0 ％、 1 5 ％左右 ，其中北京市细颗粒物年均浓度控制在6 0 微克／ 立 方米左右 。 为实现以上 目标 ， 行动计划确定 了十项具体措 施 一是加大综合治理力度，减少多污染物排放。全面整 治燃煤小锅炉，加快重点行业脱硫 、脱硝 、除尘改造工程 建设。综合整治城市扬尘和餐饮油烟污染。加快淘汰黄标 车和老旧车辆，大力发展公共交通，推广新能源汽车，加 8 6 El C V0 1． 2 0 2 0 1 3 No ． 5 快提升燃油品质。二是调整优化产业结构，推动经济转型 升级。严控高耗能、高排放行业新增产能 ，加快淘汰落后 产能 ，坚决停建产能严重过剩行业违规在建项目。三是加 快企业技术改造 ，提高科技创新能力。大力发展循环经 济，培育壮大节能环保产业 ，促进重大环保技术装备 、产 品的创新开发与产业化应用。四是加快调整能源结构，增 加清洁能源供应。 1J 2 0 1 7 年，煤炭占能源消费总量 比重降 11 6 5 ％以下。京津冀、长三角 、珠三角等区域力争实现煤 炭消费总量负增长。五是严格投资项 目节能环保准入，提 高准入门槛 ，优化产业空间布局，严格限制在生态脆弱或 环境敏感地区建设 “ 两高”行业项 目。六是发挥市场机制 作用，完善环境经济政策。中央财政设立专项资金，实施 以奖代补政策。调整完善价格 、税收等方面的政策 ，鼓励 民间和社会资本进入大气污染防治领域。七是健全法律法 规体系，严格依法监督管理。国家定期公布重点城市空气 质量排名 ，建立重污染企业环境信息强制公开制度。提高 环境监管能力，加大环保执法力度。八是建立区域协作机 制 ，统筹区域环境治理。京津冀、长三角区域建立大气污 染防治协作机制 ，国务院与各省级政府签订 目标责任书 ， 进行年度考核 ，严格责任追究。九是建立监测预警应急体 系，制定完善并及 时启动应急预案 ，妥善应对重污染天 气。十是明确各方责任 ，动员全民参与，共同改善空气质 量