自動(dòng)化技術(shù)在輸油管道和站庫的應(yīng)用探討
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關(guān)鍵詞：信息化；輸油泵;加熱爐;PLC;
Abstract: Information-based construction item of the victory oil-field oil-pipeline and the station, install through the system design, hardware, equipments monotone, the software test and the system adjusts. Solved the remote control of the equipments, the signal interference and data of PLC collects etc..
Keywords: Information Oil_Pump Heater PLC
企業(yè)信息化是企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，是企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力源泉，更是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與競爭力的捷徑和主要保證。企業(yè)信息化是長期艱巨而又緊迫的任務(wù)。勝利油田基層單位分布廣，功能差別較大，同時(shí)單位的信息化基礎(chǔ)相對(duì)較薄弱，水平較低。如何結(jié)合“數(shù)字油田”的建設(shè)要求與生產(chǎn)實(shí)際情況，探討所轄基層單位的信息化建設(shè)的形式、方法和內(nèi)容，是信息工程技術(shù)人員主要責(zé)任和義務(wù)。
1 信息化建設(shè)背景
永安輸油站作為勝利油田重點(diǎn)的中間加溫加壓站，擔(dān)負(fù)著自上游原油庫到下游近二分之一的中轉(zhuǎn)任務(wù)。該站動(dòng)力系統(tǒng)為1984年建站投產(chǎn)設(shè)備，性能相對(duì)落后，幾乎沒有生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)采集。2001年該站熱力系統(tǒng)設(shè)備改建，自動(dòng)化程度相對(duì)較高。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化站庫建設(shè)與管理要求，成為該站迫切解決的難題和重點(diǎn)。
信息化建設(shè)前的狀況
1） 原油儲(chǔ)罐的液位、溫度、壓力等參數(shù)全靠崗位工人現(xiàn)場(chǎng)檢尺，看表，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，計(jì)量誤差較大。
2） 通過人工巡回檢查外輸泵機(jī)組的各部位振動(dòng)值、溫度值、電機(jī)電流電壓等運(yùn)行參數(shù)，。
3） 兩套熱媒爐系統(tǒng)點(diǎn)火控制部分在現(xiàn)場(chǎng)，控制參數(shù)僅基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字顯示，重點(diǎn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法采集上傳，不能及時(shí)交換生產(chǎn)流程中的重點(diǎn)信息。
4） 站內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能與首末站生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)調(diào)控極為簡單，無法實(shí)施輸油系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和系統(tǒng)運(yùn)行安全檢測(cè)。
2 “數(shù)字化”建設(shè)的方法與內(nèi)容
2.1 建設(shè)功能
1） 熱媒爐系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟?？刂?、系統(tǒng)聯(lián)鎖、爐效實(shí)時(shí)分析等;
2） 外輸泵機(jī)組電參數(shù)動(dòng)態(tài)采集、遠(yuǎn)程啟停輸油泵、泵狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)、泵效實(shí)時(shí)分析和監(jiān)視等;
3） 重點(diǎn)生產(chǎn)參數(shù)（主要流程管道壓力溫度、儲(chǔ)罐液位溫度、熱交換區(qū)溫度壓力、地溫氣溫等）實(shí)時(shí)采集;
4） 常規(guī)生產(chǎn)管理流程的自動(dòng)化操作，如熱力越站、水力越站等;
5） 生產(chǎn)參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)發(fā)布，包括生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)、泵狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、UPS動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等;
2.2 建設(shè)具體內(nèi)容
1） 對(duì)重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)采集，包括壓力、溫度（包括爐膛溫度、煙道溫度、地溫、氣溫）、油罐、燃油罐、水罐液位和溫度等；
2） 對(duì)永安輸油站流程常規(guī)切換的14只手動(dòng)閥加裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
3） 對(duì)原油外輸流量計(jì)（兩臺(tái)）、燃油流量計(jì)（兩臺(tái)）進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)采集、累計(jì)量計(jì)算；
4） 對(duì)3臺(tái)泵機(jī)組電機(jī)實(shí)時(shí)用電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，包括三相電流、電壓、頻率、功率因素、有功電量、無功電量等；
5） 對(duì)熱媒爐系統(tǒng)原控制柜功能移到PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程起停、聯(lián)鎖保護(hù)；
6） 對(duì)3臺(tái)輸油泵的前后軸承振動(dòng)、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷；
7） 實(shí)現(xiàn)3臺(tái)輸油泵遠(yuǎn)程啟?？刂?；
8） 對(duì)泵房區(qū)及全站設(shè)立視頻監(jiān)視，并4路可燃?xì)怏w報(bào)警接入系統(tǒng)；
9） 系統(tǒng)后備電池及UPS建設(shè)，為系統(tǒng)提供4～8小時(shí)電源支持，并提供動(dòng)態(tài)監(jiān)視畫面;
10)對(duì)進(jìn)出站輸油壓力溫度流量等參數(shù)納入長輸管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。
2.3系統(tǒng)建設(shè)硬件
1) PLC系統(tǒng)硬件如圖1所示
兩臺(tái)上位機(jī)主要滿足操作站和監(jiān)視站功能。操作站主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)操作/手動(dòng)操作。操作站直接讀取PLC數(shù)據(jù)。監(jiān)視站通過雙網(wǎng)卡，滿足讀取PLC只讀點(diǎn)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示，并與油田信息網(wǎng)接入，實(shí)時(shí)發(fā)布只讀點(diǎn)信息。
2)泵狀態(tài)檢測(cè)硬件構(gòu)成如圖2所示：
FAS站是S8100機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)傳感器的供電、信號(hào)采集和處理，并采用RS485通訊協(xié)議與通訊。FAS站采用防爆設(shè)計(jì)，可以安裝在危險(xiǎn)環(huán)境中[2]。
輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Station8100相對(duì)獨(dú)立，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵軸承振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)，立即給出報(bào)警，通過對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻譜分析，可以分析判斷出機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)的根源、故障的類型，從而保障機(jī)組安全運(yùn)行。該系統(tǒng)同時(shí)提供數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，管理人員可以本地瀏覽器（IE）查看現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，得到機(jī)泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息[4]。
2.4 信息化建設(shè)中軟件功能
1）上位機(jī)和PLC系統(tǒng)軟件構(gòu)成
系統(tǒng)軟件包括PLC下位機(jī)控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件兩部分，下位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集、流程切換控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、連鎖保護(hù)等功能。上位機(jī)主要完成分類流程畫面、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)歷史查詢、報(bào)表自動(dòng)生成、運(yùn)行參數(shù)的高級(jí)應(yīng)用等。PLC運(yùn)行控制軟件為OMRON公司編程軟件CX-PROGRAMMER4.0，上位機(jī)組態(tài)軟件采用國產(chǎn)三維力控組態(tài)軟件[1]。上位機(jī)通過以太網(wǎng)（ETHNET）方式直接與PLC進(jìn)行通訊。
2）上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能
?、偻ㄟ^組態(tài)，把各種現(xiàn)場(chǎng)需要操作的指令，比如開關(guān)閥門、啟停泵、啟停熱媒爐、流程切換等傳送到下位機(jī)控制器里，然后由控制器控制現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)設(shè)備，進(jìn)行動(dòng)作，完成相應(yīng)任務(wù)[5]。
?、谠O(shè)置各種報(bào)警參數(shù)，比如說是進(jìn)站壓力上下限、大罐液位上下限、泵電壓上限等需要報(bào)警的參數(shù)的限值，這樣當(dāng)這些參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，上位機(jī)就會(huì)報(bào)警，提示操作人員去進(jìn)行相關(guān)的檢查或操作。
?、坳P(guān)鍵參數(shù)的歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線顯示，比如熱媒爐溫度曲線、進(jìn)出站壓力曲線、外輸泵壓力曲線。
④結(jié)合勝利油田“源頭數(shù)據(jù)”建設(shè)要求，通過上位機(jī)軟件，自動(dòng)生成班報(bào)、日?qǐng)?bào)等，并滿足手動(dòng)數(shù)據(jù)的錄入，如含水密度等參數(shù)。
3）上位機(jī)功能模塊如圖3所示
4）下位機(jī)（PLC）完成功能
通過各功能模塊與現(xiàn)場(chǎng)儀表線的聯(lián)接，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），狀態(tài)量（DI）的采集，輸出點(diǎn)（DO）控制，高速脈沖的計(jì)數(shù)（PI），以及通訊模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等底層數(shù)據(jù)的處理，并完成生產(chǎn)常規(guī)流程的控制和自動(dòng)運(yùn)行。
5）泵狀態(tài)檢測(cè)軟件系統(tǒng)[2]：
S8100系統(tǒng)是專用檢測(cè)振動(dòng)軟件系列之一，以SQL Server2000為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，并滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，以它主要提供包括棒圖、波形圖、頻譜圖、趨勢(shì)圖等）。以下為網(wǎng)絡(luò)瀏覽時(shí)的畫面。
6）泄漏檢測(cè)系統(tǒng)[3]
長輸管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，由我公司自主開發(fā)的應(yīng)用軟件，主要利用負(fù)壓波法和流量“實(shí)時(shí)”對(duì)比法進(jìn)行檢測(cè)。負(fù)壓波主要用于泄漏點(diǎn)的定位，流量采集用定量分析管道的泄漏情況。永安輸油站主要作用是“實(shí)時(shí)”采集進(jìn)出口壓力和流量計(jì)讀數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送到三級(jí)調(diào)度進(jìn)行專職人員的監(jiān)視和分析。
3 經(jīng)驗(yàn)交流
1)同信號(hào)多采集解決方法
由于泄漏檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集要求較高，對(duì)進(jìn)出壓力信號(hào)采集頻率在100HZ左右，同時(shí)對(duì)流量脈沖信號(hào)以每5秒累計(jì)計(jì)算出瞬時(shí)流量。如果利用PLC采集結(jié)果通過通訊方式與泄漏檢測(cè)系統(tǒng)連接，對(duì)壓力波的捕獲和流量動(dòng)態(tài)對(duì)比上很容易產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的時(shí)間差，使泄漏檢測(cè)系統(tǒng)增加誤報(bào)或漏報(bào)的概率。通過硬件接線的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，解決了同信號(hào)多采集的問題。對(duì)進(jìn)出站壓力（儀表輸出4-20毫安）采用分信號(hào)辦法，即通過專用設(shè)備（帶隔離耦合）輸出兩路與輸入相同的信號(hào)，分別滿足PLC系統(tǒng)和泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的采集要求。對(duì)流量脈沖信號(hào)，由于輸出是12伏的電壓信號(hào)，直接對(duì)該信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)采集即可。缺點(diǎn)是增加了投資和設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)是完全滿足了不同系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
2)智能電量采集模塊的現(xiàn)場(chǎng)接線法
本次信息化建設(shè)屬于改造工程，一方面要滿足改造前的生產(chǎn)運(yùn)行方式，另一方面要將生產(chǎn)“數(shù)字化”信號(hào)全部納入信息系統(tǒng)。在智能電量采模塊的接線中，主要對(duì)低壓配電接線進(jìn)行改造，并同時(shí)滿足原模擬表的正常顯示和智能模塊的正常工作。在智能模塊技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行安裝后，模擬表正常顯示，智能表電流數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)近15安培的偏相。對(duì)于三相交流大型電機(jī)，這種偏相電流很容易造成相間電流的產(chǎn)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)工作十分不利。但原模擬表只有兩相電流的顯示，無論是線電流還是相電流，總與智能模塊的電流數(shù)字信號(hào)不相符合。通過對(duì)智能模塊的接線方式進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了問題所在，即電壓采集與原信號(hào)并聯(lián)，電流采集與原信號(hào)串聯(lián)，并與廠方技術(shù)人員進(jìn)行了核實(shí)與交流，查出了故障。接線前如圖4所示，錯(cuò)誤接線如圖5所示，正確接線如圖6所示。圖5與圖6的差別正是電流的串聯(lián)與并聯(lián)的關(guān)系，這正是導(dǎo)致電流不平衡的原因。
3)干擾信號(hào)的處理與儀表供電問題的解決
在進(jìn)行熱媒系統(tǒng)改造時(shí)，原控制系統(tǒng)自成體系，但重點(diǎn)參數(shù)不能引入PLC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。根據(jù)原數(shù)顯儀表的特點(diǎn)，將該儀表的輸出（4-20毫安有源輸出）直接引入PLC系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，波動(dòng)較大。結(jié)合隔離安全柵的工作特性，對(duì)每路輸出加裝安全柵，輸出信號(hào)穩(wěn)定并與原數(shù)顯信號(hào)動(dòng)態(tài)變化相差0.4%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了重點(diǎn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)布。在PLC系統(tǒng)中，設(shè)置兩臺(tái)24伏（5A）直接電流，一臺(tái)專給PLC模板供電，另一臺(tái)對(duì)20多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表提供電源。如果直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)供電，容易造成24伏電源由于加電瞬間電流過大而自保護(hù)，并且也不便于儀表的維護(hù)與檢修。結(jié)合以前的改造經(jīng)驗(yàn)與要求，增加7只開關(guān)，采用分批逐步供電的方式，以保證在系統(tǒng)掉電后現(xiàn)場(chǎng)儀表的正常供電。通過近一年半的運(yùn)行，系統(tǒng)工作正常。
4 工程總結(jié)
永安輸油站信息化管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是應(yīng)用目前先進(jìn)、可靠的測(cè)控儀表及PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、報(bào)警、連鎖，實(shí)現(xiàn)輸油系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、遠(yuǎn)程督導(dǎo)等功能，使生產(chǎn)、調(diào)度和安防實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，從而提高輸油站庫的生產(chǎn)管理水平。
1）通過系統(tǒng)建設(shè)，使輸油系統(tǒng)傳遞、運(yùn)行控制成為有機(jī)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。通過對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程重點(diǎn)閥門的開/關(guān)/閥位的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)油罐液位溫度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)輸油泵的狀態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)管理、控制、信息一體化。
2）提高該站安全管理水平。PLC系統(tǒng)能在第一時(shí)間捕捉各種可能引起事故的早期信息并提前報(bào)警，在中央控制室發(fā)出預(yù)告，如油氣混合濃度超標(biāo)報(bào)警、外輸油溫過低、局部生產(chǎn)管網(wǎng)壓力過高等信息，對(duì)站內(nèi)出現(xiàn)的任何報(bào)警都馬上掌握，提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備，及時(shí)處理。并對(duì)重點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)和全站提供視頻監(jiān)視。
3）進(jìn)一步提高了該的信息化管理水平。中央控制室對(duì)站內(nèi)重要信息如安全、生產(chǎn)、油進(jìn)出庫情況全面掌握。站內(nèi)泵房崗、熱媒爐崗等原油傳送相互關(guān)聯(lián)的崗位提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，為生產(chǎn)管理者提供詳實(shí)可靠的原始、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過編制的優(yōu)化運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益分析等軟件，為決策者的決策提供參考和依據(jù)。
4）生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表自動(dòng)生成，保證了“源頭數(shù)據(jù)”的及時(shí)性和正確性。通過上位機(jī)應(yīng)用軟件，將生產(chǎn)過程中原來依靠人工巡檢、記錄、判斷的眾多參數(shù)匯總到PLC控制系統(tǒng)，通過上位機(jī)軟件自動(dòng)生成管理運(yùn)行大表，消除人為主觀影響，提高運(yùn)行記錄的可信度，并極大地提高設(shè)備運(yùn)行率和降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
結(jié)束語：
通過該站信息化管理建設(shè)，初步建立了管道和站庫聯(lián)合運(yùn)行效率分析機(jī)制，提高管道運(yùn)行效率，進(jìn)一步完善了熱媒爐控制系統(tǒng)。通過安全系統(tǒng)和設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，提升了故障診斷分析技術(shù)，將原設(shè)備事后維修體系轉(zhuǎn)變成了以預(yù)防為主的維修體系，并提供動(dòng)態(tài)參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，為各級(jí)生產(chǎn)管理人員和精細(xì)化管理提供了有力的保障和基礎(chǔ)，同時(shí)為其它輸油管道及站庫的信息化管理奠定了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過本工程建設(shè)的總結(jié)交流，借此拋磚引玉，懇切希望專家予以指正。
參與文獻(xiàn)：
[1]馬國華《監(jiān)控組態(tài)軟及其應(yīng)用》清華大學(xué)出版社，2001年。
[2] 韓捷 張瑞林等《旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理及診斷技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社，1996年
[3]常貴寧 劉吉東《工業(yè)泄漏與治理》石油大學(xué)出版社，2001年。
[4]張志檁《實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》中國石化出版社，2001年。
[5]溫鋼云 黃道平《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》華南理工大學(xué)出版社，2002年。
作者簡介：謝孝宏（1975－），男，四川達(dá)州人，工程師，1998畢業(yè)于湖南科技大學(xué)工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)。
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