PLC和PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院

PLC和PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

石玉峰 甄華河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院

為了適應(yīng)油田數(shù)字化建設(shè)的需要，應(yīng)用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用可編程控制器PLC和PID控制算法，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站工藝流程的有機(jī)銜接和安全運(yùn)行。PID控制包括PI控制和PD控制兩種，通常分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)式控制系統(tǒng)，采用周期采樣的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的比例控制、微分控制和積分控制。PID系統(tǒng)通過(guò)擺桿反饋位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步控制，通過(guò)卷徑的變化修正PID前饋量，可使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在了解聯(lián)合站操作流程的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)選PLC進(jìn)行硬件合理配置，選擇適合的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC之間及與WinCC之間的通信；利用PID控制算法編寫(xiě)軟件，優(yōu)選WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

PLC；PID控制算法；聯(lián)臺(tái)站；WinCC組態(tài)

注水開(kāi)發(fā)是原油開(kāi)采的重要方式，隨含水率逐年增加，為了實(shí)現(xiàn)油水高效、快速分離，聯(lián)合站工藝處理過(guò)程日益復(fù)雜。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是可編程邏輯控制器的出現(xiàn)，加快了工業(yè)自動(dòng)化的步伐，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。聯(lián)合站是重要的油氣分離場(chǎng)所，需要進(jìn)行復(fù)雜的油水分離處理，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站工藝操作有條不紊的進(jìn)行和對(duì)操作工藝過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要利用PLC[1]可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站與控制平臺(tái)的有效連接，滿足有效控制操作流程和實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)計(jì)目標(biāo)，加快油田數(shù)字化建設(shè)的步伐。

1 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（PLC）執(zhí)行面向用戶的指令和控制機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程，可編程邏輯控制器的工作過(guò)程分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。可編程邏輯控制器[2]使用方便、編程簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比高；硬件配套齊全、適應(yīng)性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小且維修方便。

通用的應(yīng)用程序適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，在自動(dòng)化中可進(jìn)行集成和組態(tài)，在Web的基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)展，簡(jiǎn)單方便。WinCC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化之間的有機(jī)整合，在大量工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例中已得到證明。應(yīng)用先進(jìn)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，WinCC與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)診斷功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能。

可編程控制器在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛，不僅為工人減輕了負(fù)擔(dān)，而且還能提高效率及安全管理水平，使工業(yè)生產(chǎn)更加人性化和智能化。為了適應(yīng)油田數(shù)字化建設(shè)的需要，應(yīng)用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用可編程控制器PLC和PID控制算法，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站工藝流程的有機(jī)銜接和安全運(yùn)行。基于PLC的在線監(jiān)控系統(tǒng)中，為方便調(diào)試和故障診斷采用模塊化方式配置，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速傳輸；采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控；采用組態(tài)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)傳輸。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠，力求簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)和使用維護(hù)方便。合理選擇PLC機(jī)型，需要考慮結(jié)構(gòu)合理性、功能適應(yīng)性和是否能在線編程，PLC結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)原理

2 PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

PID控制[3]在工業(yè)控制生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其參數(shù)固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、針對(duì)性強(qiáng)及調(diào)整方便，因簡(jiǎn)單易懂被廣泛應(yīng)用，但特別要注意比例控制單元的選擇。PID控制包括PI控制和PD控制兩種，通常分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)式控制系統(tǒng)，采用周期采樣的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的比例控制、微分控制和積分控制。PID系統(tǒng)通過(guò)擺桿反饋位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步控制，通過(guò)卷徑的變化修正PID前饋量，可使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

數(shù)字式PID控制算法[4]包括位置型控制算法和增量型控制算法，需要進(jìn)行模塊化的程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)選用模塊化的設(shè)計(jì)理念，首先進(jìn)行功能模塊的程序編寫(xiě)，然后建立相應(yīng)數(shù)據(jù)塊，最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和綜合測(cè)試。選用西門(mén)子S7—300型號(hào)的PLC進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，與STEP7接口統(tǒng)一，原有程序和新程序可一起使用，擁有內(nèi)存豐富的軟件工具箱。

聯(lián)合站是油水處理的重要組成部分，在含水率日益增加的今天，聯(lián)合站的工作量非常龐大，需要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油水高效分離[5]。聯(lián)合站工藝流程需具備節(jié)約成本和自動(dòng)化管理的特點(diǎn)，且在生產(chǎn)過(guò)程中能進(jìn)行調(diào)整與改造。

3 結(jié)論

在了解聯(lián)合站操作流程的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)選PLC進(jìn)行硬件合理配置，選擇適合的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC之間及與WinCC之間的通信；利用PID控制算法編寫(xiě)軟件，優(yōu)選WinCC組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。應(yīng)用先進(jìn)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)故障診斷功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能。經(jīng)油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐可知，在聯(lián)合站生產(chǎn)過(guò)程中PID和PLC起著重要的作用，可減少現(xiàn)場(chǎng)工人的工作量，提高工作效率。

[1]鄭瑜平．可編程序控制器[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995．

[2]謝克明，夏路易．可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002．

[3]付曉光．基于PLC的含油污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2007．

[4]王建智．基于PLC的采油聯(lián)合站控制系統(tǒng)研究[D]．大慶：大慶石油學(xué)院，2007.

[5]袁任光．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，1997.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.049