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【摘 要】本文介绍了PLC控制系统的原理及特点，以及其在油田生产中的应用情况，总结PLC控制系统在油田生产中的应用效果，探索基于PLC控制系统的油田自动化发展新用模式，PLC控制系统给油田生产带来的巨大效益，特别是在油田节能方面贡献突出。
【关键词】PLC；控制系统；节能
1、概述
随着油田投产时间的延长，各种设备陆续进入更新改造的阶段，地面系统能耗上升，在保证产量的同时，降低能源消耗、控制生产成本成为油田生产工作的重点。油气集输系统作为油田的能耗大户，对油田节能的成败起着关键的作用。集输系统的能耗主要来自机泵耗能，因此针对机泵的耗能特点，采取有效的控制措施，成为节能工作的重点。PLC控制系统的应用就是其中的一项重要的举措，成功降低了集输系统的能耗。
2、PLC控制系统简介
PLC即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要由电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块构成。
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
其主要特点是：①无触点配线，可靠性高，抗干扰能力强；②通用性强，控制程序可变，使用方便；③硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；④编程简单，容易掌握；⑤系统的设计、安装、调试工作量小；⑥维护工作量小，维护方便；⑦体积小，能耗低。
3、PLC在生产过程中的应用
PLC在油气生产过程中的应用主要是将PLC控制系统与其他的功能元件进行组合，实现生产过程的自动化控制，提高系统的效率。
通常油气集输过程中使用的机泵都是利用阀门或是机械式调节阀来控制泵的排量，从而导致集输过程中的摩阻损失增加，增大了系统能耗，同时也增加了工人的劳动强度。利用PLC控制系统与变频器相结合，可以实现集输过程的自动控制，提高集输效率，降低劳动强度。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。下面我们以转油站中的原油外输流程为例来说明PLC控制系统的节能应用。转油站的工艺流程见图1。
如上图所示，分离脱水后的原油经外输泵升压后，需要再回到分离缓冲游离水脱除器位置，经机械式液位调节阀调节后，再经流量计计量后外输。此过程是为了防止分离缓冲游离水脱除器被抽空，发生生产事故。但是这样做虽然避免了分离缓冲游离水脱除器被抽空，却人为的延长了输送距离，增加了系统的局部摩阻损失和沿程摩阻损失，造成了能源的浪费。
随着科技的进步和油田节能形势的日益严峻，之前的集输模式已经出现了极大的不适应。为了提高系统效率、挖掘节能潜力，我们应用了PLC控制系统对集输流程进行改造。利用PLC控制系统与变频器相结合，将分离缓冲游离水脱除器的液位采用液位远传计量，将液位计将信号传递给PLC控制系统，从而可以根据分离缓冲游离水脱除器内液位的高低控制变频器的输出频率，进而控制电机的转速，实现外输泵排量的改变。改造后的外输油工艺流程见图2。
利用PLC控制系统改造后，一方面缩短了外输距离，减少了摩阻损失；另一方面提高了系统的控制精度，使得控制更加科学合理，提高了集输系统的运行效率，节约了能源。
以上只是PLC控制系统在油田生产应用的简单例子。目前，基于PLC的控制系统已广泛应用于油田的各种站库，并取得了较好的效果。例如：联合站脱水系统，油田注水系统，油田污水处理系统、聚合物配置系统等都应用了PLC控制系统，取得了较好的效果。随着控制技术和配套软、硬件的技术进步，以及油田优化简化力度的加大，基于PLC控制系统的集中监控技术已成为油田自动控制系统发展的趋势。
集中监控顾名思义就是设置中控室，将全站的岗位监控集中起来统一控制，即各系统均实现自动监测和自动控制操作，全部容器加装压力和液位高低自动控制、所有机泵加装自动起停泵和流量控制，在泵房及灌区加装摄像监控，将二次仪表信号、自动控制操作和摄像监控图像引入值班室，实现工艺参数采集、监测、控制、事故报警、报表打印，这样既可以节省人力资源、减小劳动强度、提高管理水平，解决了由于生产规模的扩大带来的用工紧张问题，优化了人力资源配置，缓解了生产矛盾。又使得生产的自动化水平得以提高，从而提高了生产质量和劳动效率，有利于节能降耗目标的实现。
4、结论
通过PLC控制系统的应用，一方面从技术上提高了控制系统的精确性，变以往的调节阀门开度为信号反馈自动控制，使得运行参数设置更加科学，调控更加及时合理。另一方面从管理方面提高了管理的科学性，变以往的靠经验控制为参数控制，使得操作可靠性明显提高。综上所述。PLC控制系统的应用，从技术上和管理上实现了生产的精确自动化控制，为工艺流程的优化简化提供了技术支持，从而提高了系统效率，实现了节能降耗的目标。
【关键词】PLC；控制系统；节能
1、概述
随着油田投产时间的延长，各种设备陆续进入更新改造的阶段，地面系统能耗上升，在保证产量的同时，降低能源消耗、控制生产成本成为油田生产工作的重点。油气集输系统作为油田的能耗大户，对油田节能的成败起着关键的作用。集输系统的能耗主要来自机泵耗能，因此针对机泵的耗能特点，采取有效的控制措施，成为节能工作的重点。PLC控制系统的应用就是其中的一项重要的举措，成功降低了集输系统的能耗。
2、PLC控制系统简介
PLC即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要由电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块构成。
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
其主要特点是：①无触点配线，可靠性高，抗干扰能力强；②通用性强，控制程序可变，使用方便；③硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；④编程简单，容易掌握；⑤系统的设计、安装、调试工作量小；⑥维护工作量小，维护方便；⑦体积小，能耗低。
3、PLC在生产过程中的应用
PLC在油气生产过程中的应用主要是将PLC控制系统与其他的功能元件进行组合，实现生产过程的自动化控制，提高系统的效率。
通常油气集输过程中使用的机泵都是利用阀门或是机械式调节阀来控制泵的排量，从而导致集输过程中的摩阻损失增加，增大了系统能耗，同时也增加了工人的劳动强度。利用PLC控制系统与变频器相结合，可以实现集输过程的自动控制，提高集输效率，降低劳动强度。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。下面我们以转油站中的原油外输流程为例来说明PLC控制系统的节能应用。转油站的工艺流程见图1。
如上图所示，分离脱水后的原油经外输泵升压后，需要再回到分离缓冲游离水脱除器位置，经机械式液位调节阀调节后，再经流量计计量后外输。此过程是为了防止分离缓冲游离水脱除器被抽空，发生生产事故。但是这样做虽然避免了分离缓冲游离水脱除器被抽空，却人为的延长了输送距离，增加了系统的局部摩阻损失和沿程摩阻损失，造成了能源的浪费。
随着科技的进步和油田节能形势的日益严峻，之前的集输模式已经出现了极大的不适应。为了提高系统效率、挖掘节能潜力，我们应用了PLC控制系统对集输流程进行改造。利用PLC控制系统与变频器相结合，将分离缓冲游离水脱除器的液位采用液位远传计量，将液位计将信号传递给PLC控制系统，从而可以根据分离缓冲游离水脱除器内液位的高低控制变频器的输出频率，进而控制电机的转速，实现外输泵排量的改变。改造后的外输油工艺流程见图2。
利用PLC控制系统改造后，一方面缩短了外输距离，减少了摩阻损失；另一方面提高了系统的控制精度，使得控制更加科学合理，提高了集输系统的运行效率，节约了能源。
以上只是PLC控制系统在油田生产应用的简单例子。目前，基于PLC的控制系统已广泛应用于油田的各种站库，并取得了较好的效果。例如：联合站脱水系统，油田注水系统，油田污水处理系统、聚合物配置系统等都应用了PLC控制系统，取得了较好的效果。随着控制技术和配套软、硬件的技术进步，以及油田优化简化力度的加大，基于PLC控制系统的集中监控技术已成为油田自动控制系统发展的趋势。
集中监控顾名思义就是设置中控室，将全站的岗位监控集中起来统一控制，即各系统均实现自动监测和自动控制操作，全部容器加装压力和液位高低自动控制、所有机泵加装自动起停泵和流量控制，在泵房及灌区加装摄像监控，将二次仪表信号、自动控制操作和摄像监控图像引入值班室，实现工艺参数采集、监测、控制、事故报警、报表打印，这样既可以节省人力资源、减小劳动强度、提高管理水平，解决了由于生产规模的扩大带来的用工紧张问题，优化了人力资源配置，缓解了生产矛盾。又使得生产的自动化水平得以提高，从而提高了生产质量和劳动效率，有利于节能降耗目标的实现。
4、结论
通过PLC控制系统的应用，一方面从技术上提高了控制系统的精确性，变以往的调节阀门开度为信号反馈自动控制，使得运行参数设置更加科学，调控更加及时合理。另一方面从管理方面提高了管理的科学性，变以往的靠经验控制为参数控制，使得操作可靠性明显提高。综上所述。PLC控制系统的应用，从技术上和管理上实现了生产的精确自动化控制，为工艺流程的优化简化提供了技术支持，从而提高了系统效率，实现了节能降耗的目标。