油田自動化安全保護系統及PLC的應用

榮佳波

摘要安全保護系統作為油田自動化系統的主要構成部分之一，在保障油田安全生產及重大工業事故的預防和遏制方面有著極為重要的作用。而可編程序控制器（PLC）在油田自動化安全保護系統中的應用，可以使安全保護系統具備更強的連續性與穩定性。文章分析了油田自動化安全保護系統的建設，并對油田自動化安全保護系統中PLC的應用進行了闡述。

關鍵詞油田自動化；安全保護系統；PLC的運用

中圖分類號：TE9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0107-01

油田企業在構建油田自動化系統時用到的科學技術有多媒體技術、通訊技術等。這些技術的使用在監管油田的生產、輸送等方面起到的作用是極大的，且在提高原油質量、加強輸送效率及降低勞動強度等方面有著極大的作用。由于油田自動化生產的連續性較強，這使得生產過程存在極大的隱患，如果發生安全事故，那么就會給油田企業帶來極大的損害。因此，油田企業必須要構建安全保護系統來保證自動化系統使用的安全性，從而確保油田的生產程序可以正常的運轉。也只有構建油田自動化安全保護系統，才可以對油田自動化生產的安全性與高效性給予保證。

1油田自動化安全保護系統的建設

1）油田自動化安全保護系統的構成。油田企業的自動化安全保護系統是由多種裝置構成的，其中，最主要的是輸入、輸出單元與控制裝置等。其中，輸入單元的作用是對各種工藝參數、相關參數和故障源檢測系統等進行設置；控制裝置一般是由PLC、繼電器組及集散控制系統中的順序控制單元組成，其作用是根據輸入開關的變化及一定的工藝要求進行相應的邏輯計算，并依據計算結果向輸出單元的執行裝置輸出控制信號，以便對輸出單元進行安全保護；而輸出單元的主要組成部分是各種各樣的電磁閥組與聲光報警裝置，部分自動化系統輸出過程的實現也會利用到氣動執行元件。

2）系統故障的風險識別。油田的生產過程經常會使用易燃易爆的物質，因此為了確保生產過程中人員、生產裝置的安全，油田企業需要構建自動化安全保護系統。油田生產過程中會遇到的安全風險大致可分為兩個方面：①因生產系統自身存在的故障而產生的系統故障，例如壓力異常產生的故障，液位控制環路出現的故障，集輸管線破裂帶來的故障及加熱器溫度控制環節出現的故障等；②因工藝系統以外的因素引發的事故，例如火災、裝備失效及爆炸等。

3）安全保護系統的類型。按照系統故障與油田生產流程的控制要求，油田自動化系統需要建立三個獨立又相互聯系的系統：第一個是為了對油田生產過程進行調節和控制而建立的過程控制系統（SCADA），這個系統的作用是如果油田的生產過程中部分工藝環節參數有異常波動產生而導致系統沒辦法平穩運行，就可以利用過程控制系統對其進行調節，從而其能夠恢復到穩定值，以便滿足工藝要求，并確保系統能夠正常運行。第二個是為了解決工藝系統故障而建立的工藝過程關停系統（PSD），這個系統的作用是在過程控制系統出現問題，沒辦法對異常參數進行調節而導致參數超過整定閥值，而引起危險事故發生的時候，過程關停系統可以發出控制指令，對參數超過整定值的環節進行個別關停操作，并在此基礎上開啟相應的旁通系統，以便更好的對設備和人員進行保護。第三個是為了對工藝系統外因素引發的突發故障進行解決而建立的緊急關停系統（ESD），這個系統的作用是在過程關停系統也出現問題二沒辦法對局部進行關停操作或是出現爆炸、火災、裝備失靈等故障的時候，可以利用緊急關停系統對設備和站外井口采取關停操作，以便防止事故被擴大或對因事故而產生的損失進行控制。

2油田自動化安全保護系統中PLC的應用

可編程序控制器（PLC）作為一種具備微處理器的控制器，其是由西門子公司在20世紀60年代末期開發研制出來的，而且在經過研究人員的改進后，又具備了更強的數據控制功能，且在控制邏輯順序方面也有著獨特的優越性，可以很好地運用在安全保護系統內。另外，PLC與繼電器組形成的控制裝置之間的區別就在于PLC的邏輯功能較強，靈活性較好，可靠性較高，且可以隨意改變程序；而繼電器組的功能就比較單一。

PLC的組成部分主要有中央處理單元（CPU）、通訊接口、I/O接口與存貯器。其中，CPU的作用是讀取輸入端信息，還要根據用戶的需求來處理信息。存貯器可以分為兩種，一種是存貯系統程序，另一種是存貯用戶系統，生產廠家一般會將系統程序固定在ROM中，從而使PLC具有基礎智能，以便其能夠實現不同方面的設計。用戶程序的存貯則需要進行一定的功能設計，如果用戶程序能正常應用，就需要對其進行改進。I/O接口的功能是接受信息，并傳輸信號，通訊接口在正常情況下使用的幾率不是很大。

油田企業中安全保護系統所運用的PLC一般是中型模塊式PLC，且正常情況下，其所使用的異步通訊接口要設有RS—422標準。為了對油田自動化安全保護系統的可靠性進行有效地提高，可以采用相應的方法對PLC進行冗余設置。油田自動化安全保護系統中PLC的作用一般是將其當成集散控制系統（DCS）的現場控制站，利用網關將其和DCS中的通訊網絡進行直接連接，以使DCS的過程管理上位機可以對油田自動化安全保護系統進行直接的監管與控制。

利用PLC設計油田自動化安全保護系統時，必須要遵照的設計步驟有：一是要了解與之相關的依據工藝要求，并對工藝設備與工藝系統可能出現問題進行分析，以便采取一定的保護措施；二是對工藝儀表流程進行分析，以便尋找安全保護系統中傳感器、泄壓閥等裝置的設計位置，而且要依據一定的研究結果來選擇裝置；三是按照工藝要求，設計系統裝置結構圖；四是通過研究系統中輸入輸出裝置的點數，來計算PLC中I/O的點數，并按照系統抗干擾能力及通訊要求，來確定要使用的PLC型號；五是依照PLC的型號，設置I/O點，并制定I/O接線圖；六是依據輸入輸出邏輯關系表與I/O接線圖，對PLC梯形圖進行設計。

3結束語

安全保護系統作為油田自動化系統中的重要構成部分之一，在保障油田生產的安全及重大事故的預防與遏制方面有著極為重要的作用。而PLC最為如今使用較為普遍的控制系統，在油田自動化安全保護系統中也逐漸得到了應用，而且這對了解油田自動化安全保護系統的構成與作用，以及油田自動化系統的設計和維護方面有著極為特殊的意義。

參考文獻

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