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西门子控制系统在油田联合站生产和管理中应用

　　葡三联合站是一个集输油、脱水、污水处理、注水等功效大型联合站。担负大庆油田第七采油厂第三、四油矿原油脱水、成品油外输、脱后污水处理及清、污水回注，日处理液6000多立方米，外输油2300吨，污水处理及回注4000多立方米。工艺上要求从输油、脱水、原油外输到污水处理及回注全部采取密闭管理。
　　葡三联合站关键分为：站级主控岗、输油岗、脱水岗、计量岗、注水岗及污水岗。
　　外来转油站来液首优异入计量岗计量流量和含水，再由计量岗输向输油岗，然后由输油岗油离水脱除器等工艺设备进行初步油、水和天然气分离，再将初步净化后含水油输至脱水岗，在脱水岗电脱水作用下深入油水分离，此时净化后油作为成品油再由输油岗输送至周围油库。
　　经过输油岗和脱水岗工艺设备分离出来水输送至污水岗，进行污水处理，处理后水再送至注油岗，由注水岗高压注水电机将水回注到地下，以维持地下压力平衡。
　　控制岗位设为：输油岗控制管理系统、脱水岗控制管理系统、注水岗控制管理系统、站级主控管理系统和厂级管理系统。
　　输油岗控制管理系统、脱水岗控制管理系统、注水岗控制管理系统要求对本岗工艺设备实现自动调整、实时监测、实时报警信息、在线监视修改参数、报表打印归档、统计受控信号历史趋势曲线、泵启停时间和运行时间等功效。
　　站级主控管理系统负责将全站生产数据，生产状态进行汇总，统一进行生产监控分析。并利用油田局域网将数据上传至厂级管理系统，进而实现全厂生产数据共享。
　　 以往油田联合站各岗之间控制均是独立，由不一样厂家提供不一样控制设备实现单独控制，相互之间没有任何联络，这么对生产管理和设备维护全部造成很大不便。
　　对此针对葡三联合站特点和工艺要求，我们制订以下自控系统方案：
　　厂级管理岗、站级主控岗个设工程师站一台，选择SIMATIC WINCC 和WINCC Web Navigator。输油岗、脱水岗、注水岗各设一个操作员站和一套PLC控制器，上位选择SIMATIC WINCC，下位选择S7-300过程自动化控制系统。相互之间经过PROFIBUS DP现场总线以1.5Mbit/s速率进行数据通讯。
　　SIMATIC S7 300过程自动化控制系统中央处理器将采集来信号进行运算转换，处理成对应温度、压力、流量、液位信号，并对其进行判定比较，产生报警等逻辑运算功效。并对液位、界面、压力等信号进行PID反馈调整。PROFIBUS DP网络，将数据在整个DP网络中共享，从而实现全站数据通讯。

　　葡三联合站

　　二、控制系统组成
　　本控制系统关键由3套S7-300和5套上位机组成。
　　输油岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），经过Profibus-DP监控本岗生产运行情况,一套2排机架CPU314C-2PTPPLC控制系统负责采集控制本岗数据和设备。并经过CP342-5连接至DP网络。
　　脱水岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），经过Profibus-DP监控本岗生产运行情况，CPU采取CPU314C-2PTP，并配有CP341经过RS485和计量岗第三方计量设备通讯。向上经过CP342-5连接至DP网络。
　　注水岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），经过Profibus-DP监控本岗生产运行情况，CPU采取CPU314C-2PTP监控高压注水电机、调解注水罐液位，并负责监控污水岗。向上经过CP342-5连接至DP网络。
　　站级主控岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/3COM网卡/CP5613），作为WINCC Web Navigator Server向厂级管理岗提供站内生产及运行情况,同时利用厂内Profibus-DP总线采集并监控各运行情况。在联合站管理办公楼。
　　厂级管理岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/3COM网卡），作为WINCC Web Navigator Client，经过油田局域网监控葡三联合站生产运行情况。在采油厂管理办公楼。

　　系统结构图

　　整个控制系统由一条DP网络贯穿全站，总距离近400米。因为设备分布位置，共有6个RS485中继器完成网络扩展。这么在任意一台上位机上均能够监控全站，但因为管理要求，只有厂级和站级能够实现全站监控，其它上位机均负责本岗监控任务，并可对其它岗位协调监控。

　　应用中监视画面

　　三、控制系统完成功效
　　对于大型油田联合站来说，各岗之间协调配合和独立正确控制均是必不可少。此套控制系统从控制精度和网络数据传输均超越了要求要求。
　　输油岗控制管理系统：监测2个缓冲游离水脱除器、3个游离水脱除器、净化油缓冲罐、污水沉降罐、事故罐等压力、温度、液位、界面、流量、调整阀开度等信号，对压力、温度、液位、界面等设高低限报警，并经过PID调整2个缓冲游离水脱除器、3个游离水脱除器、净化油缓冲罐液位。同时监测控制外输泵、输油泵在内19个泵启停，统计启停时间和运行时间。
　　脱水岗控制管理系统：监测3个电脱水器、2个脱水加热炉、3个真空加热炉等压力、温度、液位、流量、调整阀开度等，统计相关报警信号，并对电脱水器和加热炉液位进行PID调整。同时经过RS485总线接收由计量岗传来流量、含水、温度、压力等数据，经过流量和含水数据，在经过温度压力系数赔偿计算来个转油站来液量。
　　注水岗控制管理系统：监测控制3台注水泵及电机运行参数及状态，管网压力，清水罐、污水罐液位及注水流量。调解污水罐和清水罐液位，统计注水泵运行状态，并经过电机温度对注水电机作保护。同时接收污水岗流量等数据。

　　输油岗工艺设备

　　脱水岗工艺设备

　　计量岗工艺设备

　　注水岗工艺设备

　　站级主控管理系统及各岗数据管理部分均由工业控制计算机组成，软件采取SIMATIC WINCC，实现工艺画面，数据显示、参数设置、报警统计、趋势曲线、报表、打印、网页公布等功效，关机不影响数据正常采集。SIMATIC WINCC含有系统组态灵活，界面丰富，功效齐全，维护简单，运行可靠特点，具体功效以下：
　　1. 显示系统工艺步骤图
　　2. 显示温度、压力、外输流量等数据及趋势曲线。
　　3. 显示班报表、日报表、周报表、月报表，并可存放归档，定时或实时打印，平均天天13张报表，大大减轻工作强度。
　　4. 故障报警统计。
　　5. 含有动态提醒功效，方便使用。
　　6. 进行数据处理和存放。
　　7. 各回路参量超极限报警。
　　8. 运行人员代码及密码管理。
　　9. 报警界线显示系数，全部组态在在线运行时即可完成。
　　10.后台运行其它软件。
　　11.利用WINCC Web Navigator Server公布网页。供全厂相关人员浏览。
　　 厂级管理系统作为WINCC Web Navigator Client经过IE浏览联合站生产及运行情况，厂级共设10个用户端，可分别供大庆油企业、第七采油厂领导、计量科、厂级调度等管理部门浏览，为生产数据处理、分析和管理提供了依据
　　项目中难点：
　　游离水脱出器、电脱水器、净化油罐等均为大型容器，加之输液管线距离远，输液量不稳定，对其液位、界面进行PID调解积分周期长，响应慢。西门子PID调解功效许可对P值、I值、D值参数无限制设置，经过合理参数设置，使得调解很稳定，确保了生产质量和效率。
　　对于含水油、天然气计量包含到复杂数学模型，包含含水率、流量、温度压力赔偿，西门子S7-300数学运算功效满足了这一要求，使得运算精度大大提升，计量愈加正确。
　　站级主控管理系统利用WINCC Web Navigator Server作为局域网网页公布服务器，程序必需在网络中作为共享文件夹，所以轻易受到网络病毒攻击。因为生产管理要求，管理系统不许可操作员退出系统，所以在病毒防护上就略显捉襟见肘。因为WINCC支持后台运行其它软件，以后在站级服务器上安装Noton杀毒用户端软件，天天定时杀毒，并由第七采油厂信息管理部远程对其定时升级、维护，处理了病毒防护问题。

　　四、项目运行
　　大庆油田第七采油厂第三油矿葡三联合站过程自动化控制系统是针对大庆油田集中管理、自动控制而设计开发一套管理控制系统，结合了管理和控制于一体，是西门子自动化产品在油田系统中杰出应用范例。
　　该系统和1月投运，至今运行良好，生产稳定，大大提升了生产效率，节省了以生产成本，无任何故障。而且因为控制平稳，自动化程度高，以往需要工人到现场手动调整工艺设备，统计运行数据，编辑班报、日报，现均由该系统自动实现，大大减轻了操作工人工作强度，受到广泛好评。
　　葡三联合站已被评为“铁人金牌站”，该控制系统作为优异联合站控制管理系统，数次迎来同级单位及上级管理单位参观，现已在大庆油田广泛推广。

　　五、应用体会
　　西门子SIMATIC控制系统是一个全集成、结构完整、功效完善、面向整个生产过程过程控制系统。模块化设计，便于扩展。Profibus-DP和以太网作为开放网络体系，其强大网络扩展功效和高速数据传输，能够组成较大网络拓扑结构，适合于大型控制系统要求。