西門(mén)子控制系統在油田聯(lián)合站生產(chǎn)和管理中的應用
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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。擔負大慶油田第七采油廠(chǎng)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、原油外輸到污水處理及回注全部采用密閉管理。
葡三聯(lián)合站主要分為：站級主控崗、輸油崗、脫水崗、計量崗、注水崗及污水崗。
外來(lái)轉油站來(lái)液首先進(jìn)入計量崗計量流量和含水，再由計量崗輸向輸油崗，然后由輸油崗的油離水脫除器等工藝設備進(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(guò)輸油崗和脫水崗的工藝設備分離出來(lái)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將水回注到地下，以維持地下壓力平衡。
控制崗位設為：輸油崗控制管理系統、脫水崗控制管理系統、注水崗控制管理系統、站級主控管理系統和廠(chǎng)級管理系統。
輸油崗控制管理系統、脫水崗控制管理系統、注水崗控制管理系統要求對本崗的工藝設備實(shí)現自 動(dòng)調節、實(shí)時(shí)監測、實(shí)時(shí)報警信息、在線(xiàn)監視修改參數、報表打印歸檔、記錄受控信號的歷史趨勢曲線(xiàn)、泵的啟停時(shí)間和運行時(shí)間等功能。
站級主控管理系統負責將全站的生產(chǎn)數據，生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行匯總，統一進(jìn)行生產(chǎn)監控分析。并利用油田局域網(wǎng)將數據上傳至廠(chǎng)級管理系統，進(jìn)而實(shí)現全廠(chǎng)生產(chǎn)數據共享。
以往油田聯(lián)合站各崗之間的控制均是獨立的，由不同的廠(chǎng)家提供不同的控制設備實(shí)現單獨控制，彼此之間沒(méi)有任何聯(lián)系，這樣對生產(chǎn)的管理和設備的維護都造成很大不便。
對此針對葡三聯(lián)合站特點(diǎn)和工藝要求，我們制定如下自控系統方案：
廠(chǎng)級管理崗、站級主控崗個(gè)設工程師站一臺，選用SIMATIC WINCC和WINCC Web Navigator。輸油崗、脫水崗、注水崗各設一個(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(guò)程自動(dòng)化控制系統。彼此之間通過(guò)PROFIBUS DP現場(chǎng)總線(xiàn)以1.5Mbit/s的速率進(jìn)行數據通訊。
SIMATIC S7 300過(guò)程自動(dòng)化控制系統中央處理器將采集來(lái)的信號進(jìn)行運算轉換，處理成相應的溫度、壓力、流量、液位的信號，并對其進(jìn)行判斷比較，產(chǎn)生報警等邏輯運算功能。并對液位、界面、壓力等信號進(jìn)行PID反饋調節。PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò )，將數據在整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò )中共享，從而實(shí)現全站的數據通訊。
葡三聯(lián)合站
二、控制系統構成
本控制系統主要由3套S7-300和5套上位機構成。
輸油崗：一臺工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過(guò)Profibus-DP監控本崗生產(chǎn)運行情況,一套2排機架的CPU314C-2PTP的PLC控制系統負責采集控制本崗的數據和設備。并通過(guò)CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò )。
脫水崗：一臺工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過(guò)Profibus-DP監控本崗生產(chǎn)運行情況，CPU采用CPU314C-2PTP，并配有CP341通過(guò)RS485與計量崗第三方計量設備通訊。向上通過(guò)CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò )。
注水崗：一臺工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過(guò)Profibus-DP監控本崗生產(chǎn)運行情況，CPU采用CPU314C-2PTP監控高壓注水電機、調解注水罐的液位，并負責監控污水崗。向上通過(guò)CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò )。
站級主控崗：一臺工控機（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡/CP5613），作為WINCC Web Navigator Server向廠(chǎng)級管理崗提供站內生產(chǎn)及運行情況,同時(shí)利用廠(chǎng)內Profibus-DP總線(xiàn)采集并監控各的運行情況。位于聯(lián)合站管理辦公樓。
廠(chǎng)級管理崗：一臺工控機（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡），作為WINCC Web Navigator Client，通過(guò)油田局域網(wǎng)監控葡三聯(lián)合站的生產(chǎn)運行情況。位于采油廠(chǎng)管理辦公樓。
系統結構圖
整個(gè)控制系統由一條DP網(wǎng)絡(luò )貫穿全站，總距離近400米。由于設備分布位置，共有6個(gè)RS485中繼器完成網(wǎng)絡(luò )擴展。這樣在任意一臺上位機上均可以監控全站，但由于管理要求，只有廠(chǎng)級和站級可以實(shí)現全站監控，其它上位機均負責本崗的監控任務(wù)，并可對其它崗位協(xié)調監控。
應用中的監視畫(huà)面
三、控制系統完成的功能
對于大型油田聯(lián)合站來(lái)說(shuō)，各崗之間的協(xié)調配合和獨立的精確控制均是必不可少的。此套控制系統從控制精度和網(wǎng)絡(luò )數據傳輸均超越了規定的要求。
輸油崗控制管理系統：監測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、調節閥開(kāi)度等信號，對壓力、溫度、液位、界面等設高低限報警，并通過(guò)PID調節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)監測控制外輸泵、輸油泵在內的19個(gè)泵的啟停，記錄啟停時(shí)間和運行時(shí)間。
脫水崗控制管理系統：監測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、調節閥開(kāi)度等，記錄相關(guān)的報警信號，并對電脫水器和加熱爐的液位進(jìn)行PID調節。同時(shí)通過(guò)RS485總線(xiàn)接收由計量崗傳來(lái)的流量、含水、溫度、壓力等數據，通過(guò)流量和含水數據，在經(jīng)過(guò)溫度壓力系數補償計算來(lái)個(gè)轉油站的來(lái)液量。
注水崗控制管理系統：監測控制3臺注水泵及電機的運行參數及狀態(tài)，管網(wǎng)壓力，清水罐、污水罐的液位及注水流量。調解污水罐和清水罐的的液位，記錄注水泵的運行狀態(tài)，并通過(guò)電機的溫度對注水電機作保護。同時(shí)接收污水崗的流量等數據。
站級主控管理系統及各崗數 據管理部分均由工業(yè)控制計算機組成，軟件采用SIMATIC WINCC，實(shí)現工藝畫(huà)面，數據顯示、參數設置、報警記錄、趨勢曲線(xiàn)、報表、打印、網(wǎng)頁(yè)發(fā)布等功能，關(guān)機不影響數據正常采集。SIMATIC WINCC具有系統組態(tài)靈活，界面豐富，功能齊全，維護簡(jiǎn)單，運行可靠的特點(diǎn)，具體功能如下：
1. 顯示系統工藝流程圖
2. 顯示溫度、壓力、外輸流量等數據及趨勢曲線(xiàn)。
3. 顯示班報表、日報表、周報表、月報表，并可存儲歸檔，定時(shí)或實(shí)時(shí)打印，平均每天13張報表，大大減輕工作強度。
4. 故障報警記錄。
5. 具有動(dòng)態(tài)提示功能，方便使用。
6. 進(jìn)行數據處理和存儲。
7. 各回路參量超極限報警。
8. 運行人員的代碼及密碼管理。
9. 報警界線(xiàn)顯示系數，所有組態(tài)在在線(xiàn)運行時(shí)即可完成。
10.后臺運行其它軟件。
11.利用WINCC Web Navigator Server發(fā)布網(wǎng)頁(yè)。供全廠(chǎng)相關(guān)人員瀏覽。
廠(chǎng)級管理系統作為WINCC Web Navigator Client通過(guò)IE瀏覽聯(lián)合站生產(chǎn)及運行情況，廠(chǎng)級共設10個(gè)客戶(hù)端，可分別供大慶油公司、第七采油廠(chǎng)的領(lǐng)導、計量科、廠(chǎng)級調度等管理部門(mén)瀏覽，為生產(chǎn)數據的處理、分析和管理提供了依據
項目中的難點(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(xiàn)距離遠，輸液量不穩定，對其液位、界面進(jìn)行PID調解的積分周期長(cháng)，響應慢。西門(mén)子的PID調解功能允許對P值、I值、D值的參數無(wú)限制設置，通過(guò)合理的參數設置，使得調解非常穩定，保證了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。
對于含水油、天然氣的計量涉及到復雜的數學(xué)模型，包括含水率、流量、溫度壓力補償，西門(mén)子S7-300數學(xué)運算功能滿(mǎn)足了這一要求，使得運算精度大大提高，計量更加準確。
站級主控管理系統利用WINCC Web Navigator Server作為局域網(wǎng)的網(wǎng)頁(yè)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，管理系統不允許操作員退出系統，所以在病毒防護上就略顯捉襟見(jiàn)肘。由于WINCC支持后臺運行其它軟件，后來(lái)在站級服務(wù)器上安裝Noton殺毒客戶(hù)端軟件，每天定時(shí)殺毒，并由第七采油廠(chǎng)信息管理部遠程對其定時(shí)升級、維護，解決了病毒防護的問(wèn)題。
四、項目運行
大慶油田第七采油廠(chǎng)第三油礦葡三聯(lián)合站過(guò)程自動(dòng)化控制系統是針對大慶油田集中管理、自動(dòng)控制而設計開(kāi)發(fā)的一套管理控制系統，結合了管理與控制于一體，是西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品在油田系統中的杰出應用范例。
該系統與2004年1月投運，至今運行良好，生產(chǎn)穩定，大大提高了生產(chǎn)效率，節約了以生產(chǎn)成本，無(wú)任何故障。并且由于控制平穩，自動(dòng)化程度高，以往需要工人到現場(chǎng)手動(dòng)調節工藝設備，記錄運行數據，編輯班報、日報，現均由該系統自動(dòng)實(shí)現，大大減輕了操作工人的工作強度，受到廣泛好評。
葡三聯(lián)合站已被評為"鐵人金牌站"，該控制系統作為先進(jìn)的聯(lián)合站控制管理系統，多次迎來(lái)同級單位及上級管理單位的參觀(guān)，現已在大慶油田廣泛推廣。
五、應用體會(huì )
西門(mén)子SIMATIC控制系統是一個(gè)全集成的、結構完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程控制系統。模塊化設計，便于擴展。Profibus-DP和以太網(wǎng)作為開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )體系，其強大網(wǎng)絡(luò )擴展功能和高速的數據傳輸，可以組成較大的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，適合于大型控制系統要求。
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