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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。对油田联合站的控制系统进行优化设计，有助于提高原油生产的质量及水平，促进原油生产的稳定发展。以下就自动化控制系统的构成作简单介绍，并对其的优化设计及成果进行研究。
关键词 油田联合站；自动化控制系统；优化设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-055-02
油田的联合站作为原油生产期间起关键作用的环节之一，是集中原油稳定、脱水、储运、高压注水以及处理污水等生产工艺为一体的站点，对原油生产过程中的监控和检测发挥重要作用。不但对原油成品的生产质量、设备消耗原油大小等造成直接影响，而且还决定了原油生产期间的运行稳定与经济效益。油田联合站能对开采的原油进行集中、管线运输以及油罐存储等，实现来油和储油量的计算管理。并且在处理的过程中，对含有水分的原油进行加药、脱水等工艺处理。做好原油的加药与脱水控制，是确保我国油田稳步生产、高产的关键，对油田的开采工作发挥重要作用。
1 油田联合站自动化控制系统的组成
1） 自动化控制系统的结构分析。依据生产工艺的规范指标，控制系统应使用先进的计算机软件和检测仪表等相关配套共同组成。其中系统的结构显示如下图。在中央控制室内安装一个大屏幕的显示器，以便操作人员能通过终端操作来随时监控整个油田联合站设备的具体运转状况，从而真正實现油田联合站的自动化控制。
自动化控制系统的结构框图
2）配套检测仪表的选取选取。美国DE公司研究出的导纳射频界面仪加以测量油田界面，此外，选择该公司LP系列具有超声波性能的液位仪进行测量联合站油量的液位，并引进科学先进的含水分析仪进行分析原油的含水量。选择罗茨研究出的流量计测量原油流量，原因在于该流量计的测量精度较高，能足够满足顾客的需要。最后，采用Y-150型号的压力表进行测量控制系统的压力。对于上述所有联合站的特性以及生产工艺要求，我们应对油田联合站的控制系统改造成以下形式：在油田联合站的中央控制室内安装一个工程师与操作人员能共同操作的站点，并且装设一套完整的PLC编程控制器。选择6.02组态王作为控制系统的上位软件，并选取S7-300过程软件的自动化控制系统作为其的下位软件。各控制软件之间均能通过MPI通讯卡CP5611开展数据通讯，其中通讯的速率为187.6 Kbit/s。
3） 选取SIMATICS7-300可编程的控制器。国内外PLC可编程控制器的型号较为范围，依据其性价比要求，选SIMATICS7-300可编程控制器作为油田联合站控制系统的控制器，原因在于该控制器的技术指标与使用性能均能满足实时现场控制的需求。SIMATICS7-300可编程控制器中的模块化系统PLC，不仅能有效满足中小规模油田控制的性能要求，而且当控制的任务不断增大时，其能自由的展开控制范围。此外该PLC系统中具有众多强大的集成功能，加上PLC控制器的平台是SIMATICS7-300模块化系统中较为常用的型号，对此，非常适用于食品加工、石油化工、生产及环境技术等领域。对于S7-300自动化控制系统，其主要由5个部分共同构成，分别是中央处理单元（CPU）、信号模板（SM）、接口模板（IM）、通讯数据的处理器（CP）以及特殊的功能模板（FM）等[3]。其中SM，即所谓的I/O输进输出。IM是主要用于连接各个机架；CP是用来处理数据的通讯任务，可将PLC控制站连接至不同的网络，而FM是用来处理特别的工艺任务等。在整个自动化的监控系统中S7-300控制器占主导地位，根据控制的具体要求，给予下面型号进行配置，主要包括开关量的输入SM321与输出SM322、CPU314、模拟量的输入SM331和输出SM332、MPI通讯卡CP340、CP5611以及电源PS307等。在结束系统数据的采集后，对各油罐的实际控制以及上位机数据的通讯任务进行处理，并获取相关的计量数据，以真正实现油田联合站的实时监控。
2 自动化控制系统的优化设计
1）自动加药的控制系统设计。自动加药作为系统控制过程中的关键环节，应以含水率的多少进行加药控制，并结合温度、油量以及液量等其他因素进行综合考虑，防止含水率的大小而影响原油生产的质量，从而影响原油生产企业的经济效益。通过调整加药泵的方式来调节药量的多少，确保加用药量的相对稳定。该调节方案的特点是调整速度快、稳定。
2）一次沉降的罐界面检测，自动调节液位。通过调整各油罐的出入阀门，以调节其的液位，并且使用基本的PID 计算方法调节各油罐的出油率。选取差压变送器测量油罐液位，观察油罐液位的变化情况。若油罐液体的高度发生变化，其产生的静压也相应转变。对此，利用差压变送器进行测量油罐的液位，根据其液位高度调整阀门出口，调整其排水量，以完成自动放水的控制。此外，根据界面仪的检测信号加以调节阀门的开度，确保罐内油层的厚度。
3）二次沉降的油罐液位调整。通过二次沉降检测出的油罐液位和规定值进行对比，选取PID计算方法调整变频器的频率，确保罐内液体的液位。
3 油田联合站自动化控制系统的优化成果
1） 数据通讯与上位机组态的软件优化。首先，能通过MPI卡的接口对PLC和上位机进行实时通讯，上传温度或液位等检测量数据，并利用上位机将相关的命令与数据发送至控制器的有关单元。其次，利用自动化的组态王对现场与多数控制器的运行情况进行实时监控，并对每种事件的发生给予反应，甚至不丢失任何的报警信息及数据。此外，组态王具备灵活、集成的功能，能迅速构建和部署自动化的软件应用，以传递并链接相关的实时信息，从而方便用户对原油生产的全过程进行实时监控。其中能实时监控的软件包含多级操作的画面，能随时动态体现各个生产工艺的参数与信息，体现整个工艺流程、各油罐液位、加药的控制画面、参数设置的画面以及界面控制的画面等，并且各画面间可利用功能键完成实时切换的目的。对此，优化数据通讯与上位机组态的软件设计，其的成果较为显著。
2） 自动化控制程序的优化。STEP7是编程与PLC组态的常规软件包，通常包含：程序与符号的编辑器、硬件组态与诊断以及SIMATIC管理器等部件。该程序能使用梯形图（LAD）、STL的编程语言以及PID算法的应用程序进行控制。通常可分为三大模块，即功能模块（FB）、数据模块（DB）与组织模块（OB），经用户利用计算机下载给PLC系统后，用来实现硬件配置、设置及修改参数、系统组态等功能。最后，该系统能选取梯形图（LAD）语言，以结构化的方式进行编程。根据功能控制的程序可分成：初始化的控制程序、界面控制的程序、和分队计量的通讯程序、报警处理的程序及加药控制程序等部分。
4 结束语
油田的联合站作为原油生产期间一项重要的环节，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。上述通过优化设计联合站的自动化控制系统后，其优化的成果较为满意，能有效促进我国原油生产的顺利进行。
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（09）：98-101.
[2]任长江.油田联合站控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2008（07）：205-209.
[3]陈雪梅，李鑫，李一平，等.油田联合站自动化监控技术的应用[J].石油钻采工艺，2009（S2）：445-448.
[4]官英双，赵希人，于秀萍.自动化控制系统在联合站的应用[J].自动化技术与应用，2008（05）：406-409.
[5]喻真林，王婕，李长青，等.油田抽油井自动化监控系统开发研究[J].科技传播，2009（11）：123-125.
关键词 油田联合站；自动化控制系统；优化设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-055-02
油田的联合站作为原油生产期间起关键作用的环节之一，是集中原油稳定、脱水、储运、高压注水以及处理污水等生产工艺为一体的站点，对原油生产过程中的监控和检测发挥重要作用。不但对原油成品的生产质量、设备消耗原油大小等造成直接影响，而且还决定了原油生产期间的运行稳定与经济效益。油田联合站能对开采的原油进行集中、管线运输以及油罐存储等，实现来油和储油量的计算管理。并且在处理的过程中，对含有水分的原油进行加药、脱水等工艺处理。做好原油的加药与脱水控制，是确保我国油田稳步生产、高产的关键，对油田的开采工作发挥重要作用。
1 油田联合站自动化控制系统的组成
1） 自动化控制系统的结构分析。依据生产工艺的规范指标，控制系统应使用先进的计算机软件和检测仪表等相关配套共同组成。其中系统的结构显示如下图。在中央控制室内安装一个大屏幕的显示器，以便操作人员能通过终端操作来随时监控整个油田联合站设备的具体运转状况，从而真正實现油田联合站的自动化控制。
自动化控制系统的结构框图
2）配套检测仪表的选取选取。美国DE公司研究出的导纳射频界面仪加以测量油田界面，此外，选择该公司LP系列具有超声波性能的液位仪进行测量联合站油量的液位，并引进科学先进的含水分析仪进行分析原油的含水量。选择罗茨研究出的流量计测量原油流量，原因在于该流量计的测量精度较高，能足够满足顾客的需要。最后，采用Y-150型号的压力表进行测量控制系统的压力。对于上述所有联合站的特性以及生产工艺要求，我们应对油田联合站的控制系统改造成以下形式：在油田联合站的中央控制室内安装一个工程师与操作人员能共同操作的站点，并且装设一套完整的PLC编程控制器。选择6.02组态王作为控制系统的上位软件，并选取S7-300过程软件的自动化控制系统作为其的下位软件。各控制软件之间均能通过MPI通讯卡CP5611开展数据通讯，其中通讯的速率为187.6 Kbit/s。
3） 选取SIMATICS7-300可编程的控制器。国内外PLC可编程控制器的型号较为范围，依据其性价比要求，选SIMATICS7-300可编程控制器作为油田联合站控制系统的控制器，原因在于该控制器的技术指标与使用性能均能满足实时现场控制的需求。SIMATICS7-300可编程控制器中的模块化系统PLC，不仅能有效满足中小规模油田控制的性能要求，而且当控制的任务不断增大时，其能自由的展开控制范围。此外该PLC系统中具有众多强大的集成功能，加上PLC控制器的平台是SIMATICS7-300模块化系统中较为常用的型号，对此，非常适用于食品加工、石油化工、生产及环境技术等领域。对于S7-300自动化控制系统，其主要由5个部分共同构成，分别是中央处理单元（CPU）、信号模板（SM）、接口模板（IM）、通讯数据的处理器（CP）以及特殊的功能模板（FM）等[3]。其中SM，即所谓的I/O输进输出。IM是主要用于连接各个机架；CP是用来处理数据的通讯任务，可将PLC控制站连接至不同的网络，而FM是用来处理特别的工艺任务等。在整个自动化的监控系统中S7-300控制器占主导地位，根据控制的具体要求，给予下面型号进行配置，主要包括开关量的输入SM321与输出SM322、CPU314、模拟量的输入SM331和输出SM332、MPI通讯卡CP340、CP5611以及电源PS307等。在结束系统数据的采集后，对各油罐的实际控制以及上位机数据的通讯任务进行处理，并获取相关的计量数据，以真正实现油田联合站的实时监控。
2 自动化控制系统的优化设计
1）自动加药的控制系统设计。自动加药作为系统控制过程中的关键环节，应以含水率的多少进行加药控制，并结合温度、油量以及液量等其他因素进行综合考虑，防止含水率的大小而影响原油生产的质量，从而影响原油生产企业的经济效益。通过调整加药泵的方式来调节药量的多少，确保加用药量的相对稳定。该调节方案的特点是调整速度快、稳定。
2）一次沉降的罐界面检测，自动调节液位。通过调整各油罐的出入阀门，以调节其的液位，并且使用基本的PID 计算方法调节各油罐的出油率。选取差压变送器测量油罐液位，观察油罐液位的变化情况。若油罐液体的高度发生变化，其产生的静压也相应转变。对此，利用差压变送器进行测量油罐的液位，根据其液位高度调整阀门出口，调整其排水量，以完成自动放水的控制。此外，根据界面仪的检测信号加以调节阀门的开度，确保罐内油层的厚度。
3）二次沉降的油罐液位调整。通过二次沉降检测出的油罐液位和规定值进行对比，选取PID计算方法调整变频器的频率，确保罐内液体的液位。
3 油田联合站自动化控制系统的优化成果
1） 数据通讯与上位机组态的软件优化。首先，能通过MPI卡的接口对PLC和上位机进行实时通讯，上传温度或液位等检测量数据，并利用上位机将相关的命令与数据发送至控制器的有关单元。其次，利用自动化的组态王对现场与多数控制器的运行情况进行实时监控，并对每种事件的发生给予反应，甚至不丢失任何的报警信息及数据。此外，组态王具备灵活、集成的功能，能迅速构建和部署自动化的软件应用，以传递并链接相关的实时信息，从而方便用户对原油生产的全过程进行实时监控。其中能实时监控的软件包含多级操作的画面，能随时动态体现各个生产工艺的参数与信息，体现整个工艺流程、各油罐液位、加药的控制画面、参数设置的画面以及界面控制的画面等，并且各画面间可利用功能键完成实时切换的目的。对此，优化数据通讯与上位机组态的软件设计，其的成果较为显著。
2） 自动化控制程序的优化。STEP7是编程与PLC组态的常规软件包，通常包含：程序与符号的编辑器、硬件组态与诊断以及SIMATIC管理器等部件。该程序能使用梯形图（LAD）、STL的编程语言以及PID算法的应用程序进行控制。通常可分为三大模块，即功能模块（FB）、数据模块（DB）与组织模块（OB），经用户利用计算机下载给PLC系统后，用来实现硬件配置、设置及修改参数、系统组态等功能。最后，该系统能选取梯形图（LAD）语言，以结构化的方式进行编程。根据功能控制的程序可分成：初始化的控制程序、界面控制的程序、和分队计量的通讯程序、报警处理的程序及加药控制程序等部分。
4 结束语
油田的联合站作为原油生产期间一项重要的环节，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。上述通过优化设计联合站的自动化控制系统后，其优化的成果较为满意，能有效促进我国原油生产的顺利进行。
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（09）：98-101.
[2]任长江.油田联合站控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2008（07）：205-209.
[3]陈雪梅，李鑫，李一平，等.油田联合站自动化监控技术的应用[J].石油钻采工艺，2009（S2）：445-448.
[4]官英双，赵希人，于秀萍.自动化控制系统在联合站的应用[J].自动化技术与应用，2008（05）：406-409.
[5]喻真林，王婕，李长青，等.油田抽油井自动化监控系统开发研究[J].科技传播，2009（11）：123-125.