PLC控制系統在數字化油田上的應用探討

孫麗

（大慶油田工程有限公司 黑龍江省大慶市 163712）

1 引 言

目前我國油田開發技術突飛猛進，油田生產逐漸向自動化控制方向發展，PLC控制系統是一種新生態的技術，現已廣泛應用于石油計量、油氣田集輸泵站、注水監控及污水處理等方面，使得油田開發過程整體控制與數據處理實現了自動化控制，提高了油田企業生產運作的效率。

2 PLC的特點

可 編 程 序 邏 輯 控 制 器(Programmable Logic Controller)簡稱為PLC，在工業上它實際是一種控制用的電子計算機。

（1）性價比高。與繼電器系統相比，PLC的價格較便宜，并且PLC系統集成了許多編程單元，能夠實現數量眾多、復雜的控制功能，同時，還可以利用通信網絡實現集中管理、分散控制的模式，性價比較高。

（2）使用方便。PLC編程語言的種類較多，有較為簡明的語句形式及一些邏輯類型的圖等，并且編寫的程序具有很強的規律性，簡單易學，即使沒有很深計算機功底的編程人員也很容易掌握。

（3）標準化生產。PLC 控制系統是由一些相互關聯的零部件組成，目前，對于這些零部件已經實現了標準化生產。用戶根據自身的需求，對PLC 系統進行相關的配置，可實現對不同功能的系統進行控制。

（4）便于維護。PLC 程序中帶有較完善的修改程序，優良的系統設計具有極高的可靠性與穩健性，方便系統在運行過程中的故障調試，使得維修保養工作變得更加高效。

3 PLC在數字化油田生產中的應用

3.1 PLC與無線技術的結合

在信息化整體架構生產的最前端，是以井、站、管線等生產基本單元的生產過程監控為主，完成數據采集、過程監控、動態分析。大慶油田因遠離城市，地廣人稀，交通通信等設施較為落后。基于無線局域網（WLAN）技術建立無線局域網絡，實現無線數據通信，具有安裝開通快捷、維護遷移方便、造價低等諸多優點。

3.1.1 無線監控系統

圖1 油田無線組網示意

在方圓幾十平方公里的油田開采區域內，在各單井、計轉站和聯合站等生產現場，設置無線監控點；在油田總控室，建立系統中心基站。選用的美國Ubiquitir（優波）電信級無線網橋產品，配合高增益天線，采用點對多點的無線連接方式，建立油田總控室與各監控點之間的無線傳輸主鏈路，無線通信設備與現場PLC設備完美結合，實現了生產現場生產數據、設備運轉數據、原油儲備和運輸信息等的實時動態傳輸，為采油生產的指揮調度提供準確及時的第一手資料料。

3.1.2 前端數據采集系統

（1）抽油機井數據采集。大慶油田作業區抽油機井井場靠近配電箱處分別設置一套西門子S7200 PLC設備，PLC箱體采用鍍鋅槽鋼固定在油井鋼筋混凝土底座上。PLC自身用電取自井場配電箱，同時從井場配電箱獲取各種電機綜合參數；載荷和位移傳感器通過無線方式接入PLC；室外各種傳感器及PLC控制器利用儀表保溫套進行保溫。井場所有采集數據在PLC進行匯總，以IP接口協議接入井場無線通信模塊，以無線通信方式接入聯合站監控中心。

（2）集油間配注間數據采集。在作業區每個集油間配注間值班室內以壁掛方式分別新建一套計量間S7300 PLC設備，利用新建傳感器信號電纜將集油間內所有溫度、壓力變送器、調節閥接入新建PLC中，同時從集油間值班室內的可燃氣體報警裝置獲得報警信號接入新建 PLC設備中。所有采集數據在 PLC進行匯總，以IP接口協議接入井場無線通信模塊，以無線通信方式接入聯合站監控中心。

3.2 PLC控制系統在石油計量中的應用

目前，我國石油行業在人工間歇計量方式的基礎上加用了PLC控制系統，以實現整個計量的智能化，在相關的程序控制下，每天定時對每口油井的油、氣、水三相自動進行循環計量。在計量時，PLC控制系統自動判斷油井的工作狀態，若其不工作則跳過此油井，繼續對下一個油井進行計量。此外，PLC 控制系統操作簡單，人機界面設計友好，系統運行性能穩定，不但方便了員工進行實時監測，還提高了油田計量效率。

3.3 PLC控制系統在油田污水處理中的應用

在油田開發過程中，設計的成套移動式PLC自動控制作業廢水處理系統，實現了油田作業廢水的有效回收利用。當污水處理設備發生故障時，可自動檢測與診斷，系統將監測的故障位置顯示在控制中心的界面上，維修人員根據自動監測結果迅速找到故障發生的準確位置，然后采取相應的措施對故障源進行維修，確保油田廢水及時而科學地處理，減少了環境污染，提高了油田企業的經濟效益。

3.3.1 污水站系統構成

本系統采用S I M E N S 公司的S7-300系列PLC完成數據采集、控制；所有采集數據上傳至衛一聯中控室操作員站、工程師站；操作員站和PLC之間通過以太網連接完成數據通信。

3.3.2 自動反沖洗

為了降低生產成本、減輕工人勞動強度，在衛一聯2#污水站建立一套自動反沖洗控制系統。它由一個操作員站、一套西門子S7300 PLC污水處理控制系統，以及外圍反沖洗水泵和電動閥門組成。濾罐過濾裝置選擇自動控制：濾罐正常進水、出水時，進、出水電動閥常開，反沖洗進、出水電動閥常關；當設定的反洗時間到（也可以在任意時間，點擊反洗開始按鈕進行自動反沖洗），系統進入反沖洗狀態：關閉進、出水管電動閥，打開反沖洗水泵，開啟泵后控制反洗水量，自動開啟罐反沖洗進、出水閥，攪拌反洗共歷時25分鐘，電動閥復位，罐進行正常過濾。以上為一個罐的反沖過程，完成一個罐的反沖洗后，自動倒向下一個罐，共12座，每個罐24小時反洗一次。

4 結論

在信息化與自動化迅速發展的背景下，PLC控制系統在油田生產中的應用比例逐漸升高，操作簡便的系統和良好的兼容性使PLC控制系統有著舉足輕重的地位，保證了油田生產的安全性，使生產施工過程更加可靠，在信息化整體架構生產的最前端，以井、站、管線等生產基本單元的生產過程監控為主，通過PLC系統完成數據的采集、過程監控、動態分析、發現問題、解決問題維持正常生產。網絡化的生產平臺方式是油田生產的大勢所向，因此，PLC控制系統也將在數字化油田生產中有更廣闊的應用前景。