PLC在油田控制系統中的選型與應用

王軍

摘要

本文圍繞輸入輸出點數、存儲器容量、功能及安全性四個方面對PLC在油田控制系統中的選型進行闡述，并提出設計性價比最優的控制系統的工藝要求。另外，結合油田生產中原油開采、計量控制、轉油放水、污水處理、原油輸送五個環節對PLC在油田控制系統中的應用進行論述。

【關鍵詞】輸入輸出點數 存儲器容量 安全性PLC控制系統 應用

1 引言

PLC是可編程控制器的簡稱，它的功能表現在高效精準的獲取生產信息及數據，經過縝密的分析判斷，利用功能完備的生產設備，保障系統工作平穩進行。新疆克拉瑪依油田是我國解放后發現的第一個大油田，它位于新疆準噶爾盆地西北緣并且具備豐富的石油資源。如今的克拉瑪依的石油煉制和化學工業已經得到了蓬勃的發展。但是克拉瑪依油田面對當前石油產業越來越復雜化的大環境背景，同樣需要配備一套相應的控制系統來配合油田開發的工作。可編程控制器即PLC，其具備嚴實的結構基礎、非常完備的功能、便捷的操作性、極高的可靠性等一些列優點，充分的運用在控制系統之中，完全發揮控制系統的優勢。目前，PLC在油田的開發生產方面越來越普及，并且在不斷地技術革新中，其種類和數量也越來越多，功能也越來越完備。面對結構型式、性能容量、價格都大不相同的PLC，在選擇使用時要根據使用場合的不同而具體情況具體分析。因此，PLC的選擇是否合理直接影響著控制系統是否能夠順利運行。

2 PLC的分類

2.1 根據性能對PLC進行分類

按照性能對PLC進行分類，其中性能方面包括PLC的I/O點數、用戶程序存儲器容量的大小及控制功能的不同三個大類。根據這三個性能可將PLC分為小型、中型和大型：

（1）小型PLC的I/O點數比256點要低，CPU為單，用戶程序存儲量未達到四千字，主要的控制方式為開關量。

（2）重型PLC的I/O點數控制在256點和2048點之間，采用雙CPU，存儲器容量為在兩千到八千字之間，其各項基本功能都較強，其中有數據傳送和比較功能、遠程I/O功能、通信聯網功能等。

（3）大型PLC的I/O點數要高于2048點，多CPI，存儲器安排在八千到一萬六千字之間，相比于小型、中型PLC，大型PLC多設置了幾項功能。

2.2 根據結構對PLC進行分類

整體式PLC和機架式PLC是按照構成形式對PLC分成兩類。所謂整體式PLC表現在結構趨于整體式，即一個機箱內集中多種配置。這種整體式PLC大大提高了裝入設備時的便捷性，并且還具備1/O值小、價格低等特點和優勢。而機架式結構的PLC恰恰與整體式相反，其每個單元都是相互獨立，運行時再將各個單元連接到機架底板的插座上進行使用。其優勢在于根據具體生產實際要求來配置模塊從而形成差異較大的PLC。機架式結構的PLC的I/O點數大，使用起來靈活多變，便捷度高，易于拓展。

2.3 根據應用范圍對PLC進行分類

通用型、專用型、安全型三類是根據PLC應用范圍的不同而進行分類。若針對一具體的工藝要求而特意研究一種配置裝備，如數控機床、鍋爐設備等，這類屬于專用型PLC。所謂安全型PLC就是以關鍵系統和高安全要求為核心而特意研發的PLC。高度重視監測系統的故障問題，確保發生危險是系統能否及時的恢復到安全狀態。

3 PLC選型方法

PLC選型是根據己確定好的控制方案進行PLC工程設計選型。PLC選型需要對輸入輸出點數、用戶程序存儲量進行估算，確定PLC的控制功能、外部設備特性等，才能選出較高性價比的PLC，設計出高匹配度的控制系統。具體的選型判斷方法為以下四點：

3.1 判斷PLC的規模大小

根據工藝控制要求準確的統計數字輸入/輸出量和模擬輸入/輸出量，在統計出的結果上再加百分之十到百分之三十的余量，以此作為I/O總點數。PLC存儲器容量估算的公式為：存儲器容量=數字量I/O點數×10+模擬量I/O點數×25+特殊量I/O點數×100。

3.2 對于輸入輸出模塊的考慮

此時需要判斷信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求的一致性。一般來說繼電器的輸出環節具有很多優點，例如價格低、電壓使用范圍廣、生命周期不長等。可控硅的輸出模塊存在價格貴、過載能力差兩方面的不足。

3.3 網絡通訊方面的考量

按照網絡構成的實際情況和具體要求，在網絡通訊方面考量時要注意具體通信功能的處理器類型的不同，如點對點、現場總線和工業以太網等功能。大型PLC及中型PLC一般來說是具備多種現場總線和標準通信協議來支撐的，它們的通信總線需要按照1：1進行冗余配置。PLC通信接口主要是由并行通信接口、RIO通信接口、工業以太網等構成。

3.4 安全型PLC的要求

高度重視監測系統的故障問題，確保發生危險是系統能否及時的恢復到安全狀態。因此，安全系統PLC的結構和處理方式都是極為特殊的，其基本要求要做到以下三點：首先，具備第三方專業機構安全認證資質，符合安全性及國際標準;其次，其硬件設備在物理上要完全獨立于分散型控制系統;最后，診斷測試方法要完備。

4 PLC在油田中的應用

PLC在各個領域的應用非常廣泛，包括在油田生產方面其在原油開采、輸送、計量這三個環節都得到良好的應用：一方面生產效率變高;另一方面，保證油田生產工作的平穩進行，在一定程度上解決油田生產的安全性問題。然而，PLC系統主要應用在原油集輸處理、天然氣處理、水處理、注水、聚合物配置、聚合物注入等工藝環節，溫度、壓力、差壓、液位、界面、流量這六個因素是PLC系統重點檢測和控制部分。

4.1 PLC應用于油田原油開采環節

PLC在油田開采環節中監測石油鉆桿熱處理的情況及涉及到的各個因素，并對整個熱處理的情況做出清晰、全局的把控，一旦采油裝置出現故障，PLC系統的安全機構會發揮作用，啟動報警，進而啟動保護程序處理故障問題，使得工作平穩開展。

4.2 PLC應用于油田計量環節

油田在計量控制方面使用PLC，對比于過去的人工計量以及儀表計量，大大提升工作效率，能夠使得傳輸數據環節自動化，避免人工帶來的一系列不必要的麻煩。與此同時，數據采集的準確性、信息傳輸的高效性、畫面顯示的直觀性也得到有效的保證。

4.3 PLC應用于油田轉油防水環節

所謂轉油防水是將單井和計量間的輸送來的原油混合液進行初步分離，對收集分離后的油、氣、水展開計量并輸送到各工作站進一步展開深度脫水處理。PLC對電脫水器、脫水加熱爐、真空加熱爐等設備涉及到的壓力、溫度、液位、流量等因素的情況加以實時觀察，并設安全報警裝置，改變了傳統人工切換流程的繁瑣和勞動強度大等問題。

4.4 PLC應用于油田污水處理環節

油田被大量開采后，不斷出現注水開發的情況，對環境造成很大程度的污染。為了避免環境污染問題，需要嚴格優化污水的處理流程，需要注入的水質標準有一個嚴格的把控。關于污水的處理裝置中加入了PLC系統，收集污水PH值信息數據、液位觀測信息及來水流量計量信息變得高效快捷，而且數據信息更加準確，滿足準確注水水質標準的要求。

4.5 PLC應用于油田原油偷送環節

原油輸送是一個至關重要的環節，工作過程中設置了多個加熱工作站來優化原油流動的特性。而溫度的把控是否合理成為此環節的核心要點：不僅需要達到特定的輸送溫度，還得考慮節能標準。PLC將周圍環境特點和原油己具備的特性視為參數并作為計算的根據。它利用獲取到的信息和數據展開分析和判斷，判定原油輸送過程所需熱能大小以完成燃燒智能化，并隨時關注著燃燒過程中的溫度變化情況，一旦溫度變化出現異常，啟動報警并自動停止運行，確保著整個燃燒環節的安全性。

5 結束語

綜上所述，PLC在油田控制系統中做出合理的選型后，要有針對性的提出設計性價比最優的控制系統工藝要求。此外，結合油田生產中提及的五個環節，對PLC在油田控制系統中的應用進行論述后發現PLC種類、數量及功能越來越多，技術模式也在不斷革新，應用領域極為廣泛，并且PLC在油田工作的每個流程中已得到切實運用。如何選擇PLC控制系統，使其能夠在油田生產中得以發揮最大的高效性及可靠性已經逐漸成為人們關注的焦點。

參考文獻

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