西門子控制系統(tǒng)在油田聯(lián)合站生產(chǎn)和管理中的應(yīng)用
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葡三聯(lián)合站是一個(gè)集輸油、脫水、污水處理、注水等功能的大型聯(lián)合站。擔(dān)負(fù)大慶油田第七采油廠第三、四油礦原油脫水、成品油外輸、脫后污水處理及清、污水回注，日處理液6000多立方米，外輸油2300噸，污水處理及回注4000多立方米。工藝上要求從輸油、脫水、原油外輸?shù)轿鬯幚砑盎刈⑷坎捎妹荛]管理。
葡三聯(lián)合站主要分為：站級(jí)主控崗、輸油崗、脫水崗、計(jì)量崗、注水崗及污水崗。
外來轉(zhuǎn)油站來液首先進(jìn)入計(jì)量崗計(jì)量流量和含水，再由計(jì)量崗輸向輸油崗，然后由輸油崗的油離水脫除器等工藝設(shè)備進(jìn)行初步的油、水和天然氣的分離，再將初步凈化后的含水油輸至脫水崗，在脫水崗的電脫水的作用下進(jìn)一步油水分離，此時(shí)凈化后油作為成品油再由輸油崗輸送至附近的油庫。
經(jīng)過輸油崗和脫水崗的工藝設(shè)備分離出來水輸送至污水崗，進(jìn)行污水處理，處理后的水再送至注油崗，由注水崗的高壓注水電機(jī)將水回注到地下，以維持地下壓力平衡。
控制崗位設(shè)為：輸油崗控制管理系統(tǒng)、脫水崗控制管理系統(tǒng)、注水崗控制管理系統(tǒng)、站級(jí)主控管理系統(tǒng)和廠級(jí)管理系統(tǒng)。
輸油崗控制管理系統(tǒng)、脫水崗控制管理系統(tǒng)、注水崗控制管理系統(tǒng)要求對(duì)本崗的工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)報(bào)警信息、在線監(jiān)視修改參數(shù)、報(bào)表打印歸檔、記錄受控信號(hào)的歷史趨勢曲線、泵的啟停時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等功能。
站級(jí)主控管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將全站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行匯總，統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控分析。并利用油田局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至廠級(jí)管理系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享。
以往油田聯(lián)合站各崗之間的控制均是獨(dú)立的，由不同的廠家提供不同的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，彼此之間沒有任何聯(lián)系，這樣對(duì)生產(chǎn)的管理和設(shè)備的維護(hù)都造成很大不便。
對(duì)此針對(duì)葡三聯(lián)合站特點(diǎn)和工藝要求，我們制定如下自控系統(tǒng)方案：
廠級(jí)管理崗、站級(jí)主控崗個(gè)設(shè)工程師站一臺(tái)，選用SIMATIC WINCC和WINCC Web Navigator。輸油崗、脫水崗、注水崗各設(shè)一個(gè)操作員站和一套PLC控制器，上位選用SIMATIC WINCC，下位選用S7-300過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。彼此之間通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線以1.5Mbit/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
SIMATIC S7 300過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中央處理器將采集來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換，處理成相應(yīng)的溫度、壓力、流量、液位的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行判斷比較，產(chǎn)生報(bào)警等邏輯運(yùn)算功能。并對(duì)液位、界面、壓力等信號(hào)進(jìn)行PID反饋調(diào)節(jié)。PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)在整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)中共享，從而實(shí)現(xiàn)全站的數(shù)據(jù)通訊。
葡三聯(lián)合站
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
本控制系統(tǒng)主要由3套S7-300和5套上位機(jī)構(gòu)成。
輸油崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況,一套2排機(jī)架的CPU314C-2PTP的PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集控制本崗的數(shù)據(jù)和設(shè)備。并通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
脫水崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況，CPU采用CPU314C-2PTP，并配有CP341通過RS485與計(jì)量崗第三方計(jì)量設(shè)備通訊。向上通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
注水崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況，CPU采用CPU314C-2PTP監(jiān)控高壓注水電機(jī)、調(diào)解注水罐的液位，并負(fù)責(zé)監(jiān)控污水崗。向上通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
站級(jí)主控崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡/CP5613），作為WINCC Web Navigator Server向廠級(jí)管理崗提供站內(nèi)生產(chǎn)及運(yùn)行情況,同時(shí)利用廠內(nèi)Profibus-DP總線采集并監(jiān)控各的運(yùn)行情況。位于聯(lián)合站管理辦公樓。
廠級(jí)管理崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡），作為WINCC Web Navigator Client，通過油田局域網(wǎng)監(jiān)控葡三聯(lián)合站的生產(chǎn)運(yùn)行情況。位于采油廠管理辦公樓。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
整個(gè)控制系統(tǒng)由一條DP網(wǎng)絡(luò)貫穿全站，總距離近400米。由于設(shè)備分布位置，共有6個(gè)RS485中繼器完成網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。這樣在任意一臺(tái)上位機(jī)上均可以監(jiān)控全站，但由于管理要求，只有廠級(jí)和站級(jí)可以實(shí)現(xiàn)全站監(jiān)控，其它上位機(jī)均負(fù)責(zé)本崗的監(jiān)控任務(wù)，并可對(duì)其它崗位協(xié)調(diào)監(jiān)控。
應(yīng)用中的監(jiān)視畫面
三、控制系統(tǒng)完成的功能
對(duì)于大型油田聯(lián)合站來說，各崗之間的協(xié)調(diào)配合和獨(dú)立的精確控制均是必不可少的。此套控制系統(tǒng)從控制精度和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸均超越了規(guī)定的要求。
輸油崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測2個(gè)緩沖游離水脫除器、3個(gè)游離水脫除器、凈化油緩沖罐、污水沉降罐、事故罐等的壓力、溫度、液位、界面、流量、調(diào)節(jié)閥開度等信號(hào)，對(duì)壓力、溫度、液位、界面等設(shè)高低限報(bào)警，并通過PID調(diào)節(jié)2個(gè)緩沖游離水脫除器、3個(gè)游離水脫除器、凈化油緩沖罐的液位。同時(shí)監(jiān)測控制外輸泵、輸油泵在內(nèi)的19個(gè)泵的啟停，記錄啟停時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。
脫水崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測3個(gè)電脫水器、2個(gè)脫水加熱爐、3個(gè)真空加熱爐等的壓力、溫度、液位、流量、調(diào)節(jié)閥開度等，記錄相關(guān)的報(bào)警信號(hào)，并對(duì)電脫水器和加熱爐的液位進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。同時(shí)通過RS485總線接收由計(jì)量崗傳來的流量、含水、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，通過流量和含水?dāng)?shù)據(jù)，在經(jīng)過溫度壓力系數(shù)補(bǔ)償計(jì)算來個(gè)轉(zhuǎn)油站的來液量。
注水崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測控制3臺(tái)注水泵及電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，管網(wǎng)壓力，清水罐、污水罐的液位及注水流量。調(diào)解污水罐和清水罐的的液位，記錄注水泵的運(yùn)行狀態(tài)，并通過電機(jī)的溫度對(duì)注水電機(jī)作保護(hù)。同時(shí)接收污水崗的流量等數(shù)據(jù)。
站級(jí)主控管理系統(tǒng)及各崗數(shù) 據(jù)管理部分均由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，軟件采用SIMATIC WINCC，實(shí)現(xiàn)工藝畫面，數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警記錄、趨勢曲線、報(bào)表、打印、網(wǎng)頁發(fā)布等功能，關(guān)機(jī)不影響數(shù)據(jù)正常采集。SIMATIC WINCC具有系統(tǒng)組態(tài)靈活，界面豐富，功能齊全，維護(hù)簡單，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，具體功能如下：
1. 顯示系統(tǒng)工藝流程圖
2. 顯示溫度、壓力、外輸流量等數(shù)據(jù)及趨勢曲線。
3. 顯示班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表，并可存儲(chǔ)歸檔，定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印，平均每天13張報(bào)表，大大減輕工作強(qiáng)度。
4. 故障報(bào)警記錄。
5. 具有動(dòng)態(tài)提示功能，方便使用。
6. 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。
7. 各回路參量超極限報(bào)警。
8. 運(yùn)行人員的代碼及密碼管理。
9. 報(bào)警界線顯示系數(shù)，所有組態(tài)在在線運(yùn)行時(shí)即可完成。
10.后臺(tái)運(yùn)行其它軟件。
11.利用WINCC Web Navigator Server發(fā)布網(wǎng)頁。供全廠相關(guān)人員瀏覽。
廠級(jí)管理系統(tǒng)作為WINCC Web Navigator Client通過IE瀏覽聯(lián)合站生產(chǎn)及運(yùn)行情況，廠級(jí)共設(shè)10個(gè)客戶端，可分別供大慶油公司、第七采油廠的領(lǐng)導(dǎo)、計(jì)量科、廠級(jí)調(diào)度等管理部門瀏覽，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理、分析和管理提供了依據(jù)
項(xiàng)目中的難點(diǎn)：
游離水脫出器、電脫水器、凈化油罐等均為大型容器，加之輸液管線距離遠(yuǎn)，輸液量不穩(wěn)定，對(duì)其液位、界面進(jìn)行PID調(diào)解的積分周期長，響應(yīng)慢。西門子的PID調(diào)解功能允許對(duì)P值、I值、D值的參數(shù)無限制設(shè)置，通過合理的參數(shù)設(shè)置，使得調(diào)解非常穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。
對(duì)于含水油、天然氣的計(jì)量涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，包括含水率、流量、溫度壓力補(bǔ)償，西門子S7-300數(shù)學(xué)運(yùn)算功能滿足了這一要求，使得運(yùn)算精度大大提高，計(jì)量更加準(zhǔn)確。
站級(jí)主控管理系統(tǒng)利用WINCC Web Navigator Server作為局域網(wǎng)的網(wǎng)頁發(fā)布服務(wù)器，程序必須在網(wǎng)絡(luò)中作為共享文件夾，所以容易受到網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊。由于生產(chǎn)管理要求，管理系統(tǒng)不允許操作員退出系統(tǒng)，所以在病毒防護(hù)上就略顯捉襟見肘。由于WINCC支持后臺(tái)運(yùn)行其它軟件，后來在站級(jí)服務(wù)器上安裝Noton殺毒客戶端軟件，每天定時(shí)殺毒，并由第七采油廠信息管理部遠(yuǎn)程對(duì)其定時(shí)升級(jí)、維護(hù)，解決了病毒防護(hù)的問題。
四、項(xiàng)目運(yùn)行
大慶油田第七采油廠第三油礦葡三聯(lián)合站過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)是針對(duì)大慶油田集中管理、自動(dòng)控制而設(shè)計(jì)開發(fā)的一套管理控制系統(tǒng)，結(jié)合了管理與控制于一體，是西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在油田系統(tǒng)中的杰出應(yīng)用范例。
該系統(tǒng)與2004年1月投運(yùn)，至今運(yùn)行良好，生產(chǎn)穩(wěn)定，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了以生產(chǎn)成本，無任何故障。并且由于控制平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，以往需要工人到現(xiàn)場手動(dòng)調(diào)節(jié)工藝設(shè)備，記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，編輯班報(bào)、日?qǐng)?bào)，現(xiàn)均由該系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大大減輕了操作工人的工作強(qiáng)度，受到廣泛好評(píng)。
葡三聯(lián)合站已被評(píng)為"鐵人金牌站"，該控制系統(tǒng)作為先進(jìn)的聯(lián)合站控制管理系統(tǒng)，多次迎來同級(jí)單位及上級(jí)管理單位的參觀，現(xiàn)已在大慶油田廣泛推廣。
五、應(yīng)用體會(huì)
西門子SIMATIC控制系統(tǒng)是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展。Profibus-DP和以太網(wǎng)作為開放的網(wǎng)絡(luò)體系，其強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能和高速的數(shù)據(jù)傳輸，可以組成較大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適合于大型控制系統(tǒng)要求。
評(píng)論