ABPLC在埕北油田自动控制系统中的应用.pdf

第 2 1 卷第 6 期 2 0 1 4 年 1 2 月 仪器仪表用户 NS TR UM E N 1 - I ON EI C Vo1 ． 2 1 2 0 1 4 No ． 6 AB P L C在埕北油 田自动控制系统中的应用 孙梦 ，杨明越，季兴龙，李洋 山东科技大学 电气与自动化工程学院，山东 2 6 6 5 9 0 摘要油田监控的主要对象是井 口作业，油气集输、原油处理及注水系统等以采油为中心，油气处理为重点的自 动化控制系统。由于其工作的特殊性和复杂性 ，可编程 自动化控制系统在油田中的应用越来越广泛，特别在海上采 油平台、联合站、污水处理站以及配置站的应用 ，均取得了明显的效果。本研究选择罗克韦尔系列5 0 0 0 P L c ，采用 循环扫描的方式，来控制油田作业现场相关的信号。 关键词罗克韦尔；自动化控制系统；油田作业；监控 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 4 0 6 - 0 0 0 9 8 - 0 3 Th e Ap p l i c a t i o n o f AB P LC i n t h e Au t o ma t i o n S y s t e m o f Ch e n g Be i o i l F i e l d S u nM e n g， M i n g yu e，J i Xi n g l o n g，Li C o l l e g e o f E l e c t r i c a l E n n e e ri n g a n d A u t o ma t i o n S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h a n d o n g 2 6 6 5 9 0 ， C h i n a A b s t r a c t T h e ma i n o b j e c t i s t o m o n i t o r t h e w e l l h e a d o i l fi e l d o p e r a t i o n s ， o i l a n d g a s g h e fi n g a n d t r a n s p o r t a t i o n ， c r u d e o i l p r o c e s s i n g a n d w a t e r i n j e c t i o n s y s t e ms ，w h i c h i s o i l - c e n t r i c a n d f o c u s i n g o n o i l a n d g a s p r o c e s s i n g a u t o ma t i o n a n d c o n t r o l s y s t e ms ． B e c a u s e o f t h e p a r t i c u l a r i t y a n d c o mp l e x i t y o f t h e i r wo r k ， t h e u s e s o f p r o g r a mma b l e a u t o ma t i o n c o n t r o l s y s t e ms i s mo r e a n d mo r e wi d e l y i n t h e o i l fi e l d ， p a r t i c u l a r l y i n t h e a p p l i c a t i o n o f o f f s h o r e o i l p l a t f o r ms ， Un i o n S t a t i o n ， s e wa g e t r e a t me n t s t a t i o n a n d c o n f i g u r e s t a t i o n s ． An d t h e y a l l h a v e a c h i e v e d s i g n i fic a n t r e s u h s ． I n t h i s s t u d y ， we s e l e c t t h e Ro c k we l l s e r i e s PL C a n d u s e c y c l i c s c a n mo d e t o c o n t r o l t h e s i t e - r e l a t e d s i g n als i n t h e o i l fi e l d ． Ke y wor ds r o c k w e l l ； a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m； o i l fi e l d o p e r a t i o n s ； mo n i t o r 0 引言 近年来现代化信息技术发展突飞猛进 ，使得可编程 自 动化控制系统在油田中的应用越来越广泛。期间，2 0 0 0 年 投产的我国第一套滩海油田自动化测控系统经过近l 0 年的 扩充 、完善、维修 、维护，一直保持了良好的运行状态， 系统测控功能达到了设计要求 ，为海上油 田生产提供了有 力的技术保障。但是随着浅海固定平台标准的不断完善 ， 自动化控制技术发展的 13 新月异 ，这就要求对自动化测控 系统和P L C 系统进行升级和改造，采用高稳定性 、高性能 的P L C 系统 】 。 1整体结构 埕北油田采油平台 自控系统在中心平台调度控制室 的统一调度下协调优化运行 ，自控系统从平台的布局 、功 能 、生产管理方式等实际出发 ，设为三级管理模式。分为 陆地监控中心，中心平台调度控制室和卫星平台站。 1 ． 1中心平台调度控制室 每个中心平台监控中心设置两台冗余服务器 、报警打 印机。冗余服务器不仅是整个系统的核心，同时也是中心 平台操作站，安装有P K s 服务器软件，服务器冗余软件 、 MM I 组态软件、MMI 用户应用软件、R S l i n x 硬件驱动软件 、 E x c e l 报表软件等。完成系统组态、数据采集 、控制 、历 史归档、打印、网络管理等功能 ，响应操作站计算机的 数据请求提供数据服务和控制操作 ；对下可通过R S 2 3 2、 C o n t r o l N E T 网络与卫星平台R T U 连接 ，对上通过以太网陆地 监控中心、生产管理区和远程终端提供数据服务。 1 ． 2 陆地监控 中心 1 ． 2 ． 1厂 部 陆地监控 中心配置两 台远程操作 员站 ，分别监控 C P 1 、C P 2 的数据。远程操作员站安装有P K S 客户端软件 、 MM I 用户应用软件、E x c e l 报表软件等。 1 ． 2 ． 2 生产管理 区 C P 1 、C P 2 生产管理区各配置1 台远程操作员站，其硬 收稿 E t 期 2 0 1 4 - 1 1 _ O 3 作者简介孙梦 1 9 8 9 一，女， 硕士研究生，研究方向自动检测监控与系统集成。 l O 0 仪器仪表用户I N S T R U ME N T A T I O N 第2 1 卷 和监控程序 、编译处理用户的程序及各种系统参数等。输 入组件主要包括耦合器 、隔离输人接口和输入状态寄存 器。该组件通过输入端子接收和采集各类输入信号，再经 光电耦合器输入到输入映像寄存器中。输出组件由输出映 像寄存器 、输 出锁存器 、光 电耦合器 、功率放大器等组 成 。 在埕北3 2 平台，采用6 个机架来搭建平台的P L C白控系 统 ，各个机架通过C 网模块进行连接。其中两个机架做P L C 核心部分C P U 的冗余。冗余系统的主从控制器实时同步控 制 状态和数据 ，在 主控 制器意外 故障时系统 自动切换 ，热 备冗余系统平稳的无扰动切换 ，对整个工程的监控不会中 断。并且需根据现场工艺流程的特点、设计要求、控制任 务和输入输出的点数 ，设备的特性来选择数字量和模拟量 输入的模块，以达到系统的要求。 S I S 系统共 由4 个机架组成。其中R A C KI 和R A C K 2 组成 系统的冗余功能，由C P U 模块1 7 5 6 一 L 6 1 、以太网模块1 7 5 6 一 E NB T、C 网模块 1 7 5 6 一 C NB、冗余模块 1 7 5 6 一 S RM组成。 其中C P U 模块完成运算顺控程序，进行信号的输入输出处 理 ；以太网模块完成与上位机与P C 机的通讯任务 ；C 网模 块起到组建控制网功能 ；冗余模块组建P L C 的冗余系统 ， 将主从控制器的控制状态和数据实时同步起来，在主控制 器意外故障时 自动切换。R A C K 3 和R A C K 4 由c 网模块1 7 5 6 一 C N B、模拟量输入模块1 7 5 6 一 I F 1 6 、数字量输出模块O B 1 6 D 和数字量输入模块I B 1 6 组成，完成对E S D 信号的处理。 P C S 系统共有两个机架 R A C K 5 和R A C K 6，由开关 量 输入模块 1 7 5 6 一 I A 1 6 、开关量输 入模 块 1 7 5 6 一 I B 1 6 和模拟 量输入模块1 7 5 6 一 I F 1 6 组成 ，模拟量模块完成对温度 、压 力、液位 、流量等信号的采集和处理，开关量模块完成对 电潜泵的缺相状态 、短路状态 ，井上井下安全阀状态 、泵 的运行和故障状态等的功能。 2 ． 3 I ／ O接 口地址分 配 首先要对现场所有的信号进行分类汇总，现场的信号 包括数字量信号、模拟量信号以及第三方通信的信号。如 图1 所示 。 首先对采油平台的信号进行分类汇总 ，根据这个表确 定需要的通道数量及模板的类型和各 自的数量。其中数字 量点2 6 1 个，模拟量点1 9 2 个。然后按照一定的规则将所有 的信号分配到相应的模板通道中，并给各个信号量分配地 址以便 在上位机 和下位机 中使用 。 上 接 8 5页 3 结论 本项 目的研究旨在以电子凸轮代替机械凸轮。电子凸 轮是由执行机构、反馈测量元件 、控制器等构成的，可以 通过改变控制算法实现多种运动规律，这种特性是传统机 械 凸轮机构不 可 比拟 的。试 验结果也 表 明电子凸轮是一种 柔性设备，可以提高生产效率，降低成本。 2 ． 4点的监测过程 对于模拟量信号 温度、压力 、液位、流量等 ，首 先需要在R S L o g i x 5 0 0 0 对相应的模拟量模块进行正确的配 置 和组态 ，然后 就需要对 照相应 的地 址分配表 ，在模板 的 各个通道中对各个模拟量信号的类型进行设置并对模拟量 的量纲进行设置 ，在这里我们都设置3 2 7 7 ～ 1 6 3 8 4 分别对应 4 2 0 MA的电流信号。这样就减少了程序员在现场出现变 动的时候对程序的频繁操作，只需要在上位机软件中进行 比例量和偏移量的设置即可达到对现场数据的准确监测。 然后用C O P 指令将各个模块相应通道中的数据传到中间数 组中，进而使用R T N 指令将中间数组中的数据进行取整处 理 ，就可以将数据传到上位机软件中。在上位机软件中设 置 好 通讯 方式 和 地址 后 就可 以将 中间数 组 的数 据读 取 上 来 ，在进行 比例量和偏移量的计算之后，就可以在上位机 中将现场 的实 际数据显示到画面 中。如图2 所示 。 对 于开 关量 信 号 泵 的 启停 ，阀 的开关 等 ， RS V I E W3 2 根据操作员发出的控制命令 ，进行点的控制处 理 ，并通过改变目标地址数据将命令发送到控制器，控制 器 接到命令 后 ，通过继 电器对泵 或阀 门进行控 制 ，然后 将 信号反馈到R s v I E w3 2 服务器。如图3 所示。 3结论 以上针对埕北油 田实际生活生产 中的应用 ，介绍了 整个系统 的组成 ，控 制系统软硬 件的设计 。通过选 择高性 能，高稳定性的A B P L C，并选择增加冗余系统来增强系统 的稳定性 。 参考文献 [ 1 】 庄文浩． P L C 在油田控制系统中的选犁与应用l‘I ] 仪器仪表用 户， 2 0 1 3 ． 2 0 2 5 4 5 6 [ 2 ] 廖常初 ．P L C 基础及应用[ M】 ， 北京 机械工业出版社， 2 0 1 1 [ 3 】 鄢 召 民 ． 垦 东 陆 采 平 台 自动 化 测 控 系统 【 J ] ． 油 气 田地 面 1 程 ， 2 0 0 9 ， 2 8 3 5 0 5 1 【 4 】 于殿强， 田京【 L 『 ， 黄少伟， 等． 埕岛油田中心一号平台测控系统的 开发 与应用 油气 田地面 工程 ，2 0 0 5 ， 2 4 1 3 9 4 0 ． 【 5 ] 赵荣， 张伟 强． P L C 在 工业 自动 化控制 中的应用 Ul l科 技信息 科 学教研 ，2 0 0 7 1 9 3 1 0 【 6 ] 唐维， 曲立民， 盖树光． 套子湾污水厂自控系统升级改造研究【 『 ] ． 现代 商贸，2 0 1 0 1 1 3 6 3 3 6 4 [ 7 】 曹凌， 吴晓 君， 杜学普 基于s 7 3 0 0 P L C的油田监控 系统 I L J l l 机械 与电子， 2 0 0 8 2 7 9 8 0 ． 参考文献 f 1 1 李文婷． 伺服分度装置控制系统设计与实现[Dl _ 南京 南京航空 航天大学， 2 0 1 1 [ 2 ] 杨玉虎．间歇传动链系统动力学实验【 J 1 _天津大学学报 2 0 0 6 ， 0 6 ． [ 3 】 刘永明 可控凸轮机构的研究[ D 】 ． 天津 天津大学， 2 0 0 4 ，0 6