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摘要：油田的联合站作为原油生产期间重要的环节之一，其自动化的生产和控制管理水平，对整个油田的经济效益和生产效率发挥重要作用。将PLC控制系统应用于联合站，对于油田的原油生产具有极其重要的意义，本文就此阐述联合站PLC控制系统的开发。
关键词：油田；联合站；PLC；控制系统；开发
中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：
1、PLC控制系统基本概念
PLC是一种用于控制生产机器和工作过程的特殊机器，是Programmable Logic Controller的简称。它使用可编程序的存储器存放指令，并按照指令执行，完成相应的开关控制、定时、计数、顺序控制、算术运算和数据处理等功能。
通常，大多数PLC的设计与计算机相似，其内部为一系列固态的数字逻辑元件按照一定的顺序排列，来完成逻辑运算，并提供输出结果，从而完成控制生产设备和机械的任务。因此，PLC是一种专门用于机器控制的计算机，与办公用计算机不同的是，它采用特殊的输入输出接口电路和逻辑控制语言，以在工业环境中工作。
2、PLC控制系统的结构特点
可编程序控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有令通用计算机望尘莫及的特点。
2.1 应用简便
主要在于应用灵活、编程简化、操作方便、维修容易。标准的积木式硬件结构与模块化的软件设计，使PLC不仅适应大小不同、功能繁复的系统控制要求，而且适应工艺流程变更较多的场合。PLC采用电器操作人员习惯的梯形图形式编程，直观易懂，因此不仅程序开发速度快，而且程序的可读性强，软件维护方便。PLC具有完善的监视和诊断功能，操作和维修人员可以及时、准确地了解机器的故障点，迅速替换故障模块或插件，使系统恢复正常。
2.2 可靠性高
在硬件方面，选用优质器件，再者是合理的系统结构，加固简化安装，使它具有较强的抗振动冲击性能。内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰，采用了较先进的电源电路，以防止电源回路串入的干扰信号，还加上数字滤波器。在软件方便也采取了很多特殊措施，设置了警戒时钟WDT。
2.3抗电磁干扰性能好，环境适应性强
PLC是直接针对工业环境而设计的，产品在相当宽的环境温度（0℃～55℃或0℃～60℃）、湿度（相对湿度<90%），以及规定的机械振动、冲击下，在规定的电源电压与频率变化、电源瞬时中断、电源电压降低等因素作用下，均能正常工作。
2.4 功能完善
PLC的基本功能包括逻辑运算、定时、计数、数制换算、数值计算、步进控制等。其扩展功能还有A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速计数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算功能，可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使控制水平大大提高。
2.5 易于实现网络化
可编程序控制器可连成功能很强的网络系统。网络分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信；另一类是高速网络，采用令牌传送方式通信，网上结点可达1024个。这两类网络可以连接，网上可兼容不同类型的PLL和计算机，从而组成控制范围很大的局部管控网络。
3、联合站PLC控制系统程序开发过程
3.1 硬件组态
硬件组态是对自动化工程中使用的硬件进行配置和参数设置。其主要任务就是在STEP7中生成一个和实际硬件系统相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数。模块的参数都通过编程软件来进行设置，将原来用来设置参数的硬件DIP开关完全取消。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址，为设计用户打下了基础。
3.2 下位程序的开发
在PLC程序中，主要分为操作系统以及用户程序。操作系统用来实现与特定的控制任务无关的功能，处理PLC的起动、刷新输入/输出过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理通信等。用户程序由用户在STEP7中生成，然后下载到CPU中。用户程序包含处理用户特定的自动化任务所需要的所有功能，例如指定CPU暖启动或热启动的条件、处理过程数据、指定对中断的响应和处理程序正常运行中的干扰等。
STEP7将用户编写的程序和程序所需要的数据放置在块中，使单个的程序部件標准化。通过在块内或块之间类似子程序的调用，使用户程序结构化，可以简化程序组织，使程序易于修改、查错和调试。块结构显著增加了PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。其中主要包括组织块（OB）、系统功能块（SFB）、功能块（FB）、功能（FC）、共享数据块（DB）等。
3.3 上位程序的开发
软件要求：应具有动态流程画面显示、组显示、细目显示、弹出式窗口报警显示、趋势显示、历史数据记录等功能。并可以定时、随机打印报表。含水油缓冲罐液位控制30KW外输泵变频，三相分离器液位控制37KW外输泵变频，另一台37KW外输泵为备用，由含水油缓冲液位和三相分离器液位控制，需在人机界面上设手动选择按钮，以便确认控制信号。使用Win CC用户管理器，可以分配和控制组态和运行时的访问权限。用户还可作为系统管理员，随时(包括在运行时)建立最多128个用户组(每组最多包含128个单独的用户)，并为他们分配相应的访问Win CC功能的权限。所有操作员工作站都包括在用户管理范围内，例如Web Navigator客户机。
4、现场调试出现的问题的解决
4.1 模拟信号干扰问题
现场调试时，发现许多液位、压力等模拟信号出现了不等程度的误差，经过仔细检查现场一次表为新校验的表，输出准确。分析判断为变频器对信号电缆造成的干扰。为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，将信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离在30cm以上。并且查找相关资料得出：即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5-2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，因此建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。最后根据建议将两地分开，有效的消除了干扰。
4.2 污水沉降罐液位的误差
污水沉降罐在系统调试完毕后，一直稳定运行。但也可能会出现污水沉降罐液位与实际不相符。通过现场利用微机监控硬件地址采集的数据与显示一致，可判断为现场一次表或安全栅等问题，需要联系仪表厂家处理。厂家通过更新后，可回复正常。
4.3 WINCC系统出现的运行不稳定
WINCC作为监控系统微机的直观显示，在试运行中会出现通讯终端的现象，屏幕中的数据会出现灰色阴影现象，这种情况下需要重启后才有可能恢复正常，甚至有时需要多次重新启动后才有可能恢复正常。出现这种问题，多是由于通讯受到了外界的干扰而造成。可通过将电缆的屏蔽线与PLC机架的导轨相联，并减少外来干扰，同时将通讯速率降至187.5kbits/s，可避免出现通讯中断的现象，从而保证了系统平稳、安全、高效的运行。
结束语
综上所述，在油田联合站开发PLC控制系统，可以使油田生产变得更加简便，维护也更加的方便。而PLC控制系统自身具备更高的可靠性与安全性，不仅仅能够在很大程度上提升油田联合站的自动化生产水平，同时也能够保证油田联合站运行的安全与稳定，从而增加油田联合站的经济效益。
参考文献
[1]刘荣志.油田联合站自动化控制系统的优化研究[J].自动化应用，2010.
[2]宗立凯.油田联合站控制系统的研究[D].黑龙江大学，2008.
关键词：油田；联合站；PLC；控制系统；开发
中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：
1、PLC控制系统基本概念
PLC是一种用于控制生产机器和工作过程的特殊机器，是Programmable Logic Controller的简称。它使用可编程序的存储器存放指令，并按照指令执行，完成相应的开关控制、定时、计数、顺序控制、算术运算和数据处理等功能。
通常，大多数PLC的设计与计算机相似，其内部为一系列固态的数字逻辑元件按照一定的顺序排列，来完成逻辑运算，并提供输出结果，从而完成控制生产设备和机械的任务。因此，PLC是一种专门用于机器控制的计算机，与办公用计算机不同的是，它采用特殊的输入输出接口电路和逻辑控制语言，以在工业环境中工作。
2、PLC控制系统的结构特点
可编程序控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有令通用计算机望尘莫及的特点。
2.1 应用简便
主要在于应用灵活、编程简化、操作方便、维修容易。标准的积木式硬件结构与模块化的软件设计，使PLC不仅适应大小不同、功能繁复的系统控制要求，而且适应工艺流程变更较多的场合。PLC采用电器操作人员习惯的梯形图形式编程，直观易懂，因此不仅程序开发速度快，而且程序的可读性强，软件维护方便。PLC具有完善的监视和诊断功能，操作和维修人员可以及时、准确地了解机器的故障点，迅速替换故障模块或插件，使系统恢复正常。
2.2 可靠性高
在硬件方面，选用优质器件，再者是合理的系统结构，加固简化安装，使它具有较强的抗振动冲击性能。内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰，采用了较先进的电源电路，以防止电源回路串入的干扰信号，还加上数字滤波器。在软件方便也采取了很多特殊措施，设置了警戒时钟WDT。
2.3抗电磁干扰性能好，环境适应性强
PLC是直接针对工业环境而设计的，产品在相当宽的环境温度（0℃～55℃或0℃～60℃）、湿度（相对湿度<90%），以及规定的机械振动、冲击下，在规定的电源电压与频率变化、电源瞬时中断、电源电压降低等因素作用下，均能正常工作。
2.4 功能完善
PLC的基本功能包括逻辑运算、定时、计数、数制换算、数值计算、步进控制等。其扩展功能还有A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速计数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算功能，可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使控制水平大大提高。
2.5 易于实现网络化
可编程序控制器可连成功能很强的网络系统。网络分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信；另一类是高速网络，采用令牌传送方式通信，网上结点可达1024个。这两类网络可以连接，网上可兼容不同类型的PLL和计算机，从而组成控制范围很大的局部管控网络。
3、联合站PLC控制系统程序开发过程
3.1 硬件组态
硬件组态是对自动化工程中使用的硬件进行配置和参数设置。其主要任务就是在STEP7中生成一个和实际硬件系统相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数。模块的参数都通过编程软件来进行设置，将原来用来设置参数的硬件DIP开关完全取消。硬件组态确定了PLC输入/输出变量的地址，为设计用户打下了基础。
3.2 下位程序的开发
在PLC程序中，主要分为操作系统以及用户程序。操作系统用来实现与特定的控制任务无关的功能，处理PLC的起动、刷新输入/输出过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理通信等。用户程序由用户在STEP7中生成，然后下载到CPU中。用户程序包含处理用户特定的自动化任务所需要的所有功能，例如指定CPU暖启动或热启动的条件、处理过程数据、指定对中断的响应和处理程序正常运行中的干扰等。
STEP7将用户编写的程序和程序所需要的数据放置在块中，使单个的程序部件標准化。通过在块内或块之间类似子程序的调用，使用户程序结构化，可以简化程序组织，使程序易于修改、查错和调试。块结构显著增加了PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。其中主要包括组织块（OB）、系统功能块（SFB）、功能块（FB）、功能（FC）、共享数据块（DB）等。
3.3 上位程序的开发
软件要求：应具有动态流程画面显示、组显示、细目显示、弹出式窗口报警显示、趋势显示、历史数据记录等功能。并可以定时、随机打印报表。含水油缓冲罐液位控制30KW外输泵变频，三相分离器液位控制37KW外输泵变频，另一台37KW外输泵为备用，由含水油缓冲液位和三相分离器液位控制，需在人机界面上设手动选择按钮，以便确认控制信号。使用Win CC用户管理器，可以分配和控制组态和运行时的访问权限。用户还可作为系统管理员，随时(包括在运行时)建立最多128个用户组(每组最多包含128个单独的用户)，并为他们分配相应的访问Win CC功能的权限。所有操作员工作站都包括在用户管理范围内，例如Web Navigator客户机。
4、现场调试出现的问题的解决
4.1 模拟信号干扰问题
现场调试时，发现许多液位、压力等模拟信号出现了不等程度的误差，经过仔细检查现场一次表为新校验的表，输出准确。分析判断为变频器对信号电缆造成的干扰。为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，将信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离在30cm以上。并且查找相关资料得出：即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5-2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，因此建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。最后根据建议将两地分开，有效的消除了干扰。
4.2 污水沉降罐液位的误差
污水沉降罐在系统调试完毕后，一直稳定运行。但也可能会出现污水沉降罐液位与实际不相符。通过现场利用微机监控硬件地址采集的数据与显示一致，可判断为现场一次表或安全栅等问题，需要联系仪表厂家处理。厂家通过更新后，可回复正常。
4.3 WINCC系统出现的运行不稳定
WINCC作为监控系统微机的直观显示，在试运行中会出现通讯终端的现象，屏幕中的数据会出现灰色阴影现象，这种情况下需要重启后才有可能恢复正常，甚至有时需要多次重新启动后才有可能恢复正常。出现这种问题，多是由于通讯受到了外界的干扰而造成。可通过将电缆的屏蔽线与PLC机架的导轨相联，并减少外来干扰，同时将通讯速率降至187.5kbits/s，可避免出现通讯中断的现象，从而保证了系统平稳、安全、高效的运行。
结束语
综上所述，在油田联合站开发PLC控制系统，可以使油田生产变得更加简便，维护也更加的方便。而PLC控制系统自身具备更高的可靠性与安全性，不仅仅能够在很大程度上提升油田联合站的自动化生产水平，同时也能够保证油田联合站运行的安全与稳定，从而增加油田联合站的经济效益。
参考文献
[1]刘荣志.油田联合站自动化控制系统的优化研究[J].自动化应用，2010.
[2]宗立凯.油田联合站控制系统的研究[D].黑龙江大学，2008.