PLC控制系统在油田生产中的应用

杨俊清　刘斓　段清龙

摘要：PLC控制系统作为一种全新的技术模式，在各个领域都得到了广泛的应用。在油田生产过程中，PLC控制系统主要应用于原油的开采、输送、计量等方面，并取得了较好的应用效果，提高了油田的工作效率，也保证了油田的安全生产。文章对PLC控制系统在油田生产中的应用进行了阐述。

关键词：PLC控制系统；油田生产；应用分析；原油开采；工业控制 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）01-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0028

PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Cntroller）的简称，其实质是一种专用于工业控制的计算机。近年来，随着油田自动化要求的不断提高，PLC控制系统在油田的生产中得到越来越多的应用，并取得较好的应用效果，提高了油田的工作效率，也保证了油田的安全生产。

1 PLC的定义及特点

1.1 编程方法简单，使用方便

PLC编程采用的是简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，这种编程方法很有规律，简单易学，很容易掌握，不需要专业的计算机知识，所以PLC控制系统的研发时间较短。PLC的用户程序调试简单，可以在实验室中模拟完成调试，在使用过程中通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态，对发现的问题一般通过修改程序，改变控制方案就可以解决，使用较为方便。

1.2 功能强大，价格便宜，性价比高

一台小型PLC内就集成了上千个编程元件，就可以实现非常复杂的控制功能，PLC还可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。并且PLC的价格要比相同功能的继电器系统低很多，性价比较高。

1.3 硬件配套齐全，适应范围广

PLC的各种配套硬件产品都已达到标准化、系列化和模块化，不同用户可以根据不同的需求，灵活方便地进行系统配置，通过接线端子来连接外部设备，组成功能不同、规模不同的多种控制系统。用户还可以通过修改用户程序，改变控制方面，方便、快速地适应各种工艺条件的变化，具有较广阔的适应范围。

1.4 抗干扰能力强，具有较高的安全性和可靠性

PLC采取了大量的抗干扰措施，包括硬件和软件两个方面，具有很强的抗干扰能力，并且PLC中仅有少量与输入及输出有关的硬件元件，大量的中间继电器和时间继电器被软件所代替，减少了大量因触点接触不良造成的故障，PLC平均无故障时间可达到数万小时以上，并可用于有强烈干扰的工业生产现场，具有较高的安全性和可靠性。

1.5 维修工作量小，维修方便

PLC由于具有较高的安全性和可靠性，其发生故障的几率很小，且PLC本身具有完善的自我诊断和显示功能，根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息就能够快速地确定故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障，维护简单方便。

2 可编程序控制器（PLC）的应用范围

2.1 逻辑控制

PLC可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制在微电子、家电行业有广泛的应用。

2.2 运动控制

PLC使用专用的运动控制模块或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起，广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。

2.3 过程控制

PLC可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，对被控模拟量实行闭环控制。这种功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。

2.4 数据处理

PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

2.5 构建网络控制

PLC的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备（如计算机、变频器）之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

3 PLC控制系统在油田生产的应用

油田PLC控制系统主要应用于原油集输处理、天然气处理、水处理、注水、聚合物配制、聚合物注入等生产工艺系统，主要检测和控制参数有温度、压力、差压、液位、界面、流量等。

3.1 PLC控制系统在油田原油开采中的应用

在油田石油开采过程中，通过PLC控制系统能实时地检测和显示石油钻杆热处理的过程及运行过程的相关参数，可以监控热处理过程的进行情况，使整个热处理过程在恒定的温度下进行。当采油设备运行出现异常情况时，PLC控制系统中的保护装置就能发出报警信号，并自动采取保护措施，以便于对异常情况进行进一步的处理，保证整个系统的安全性。

3.2 PLC控制系统在油田计量控制中的应用

在油田开发生产过程中，需要及时并准确掌握油井产油情况，以便于调控油井的开发，在对油井产出的油、气、水三相进行计量时，过去油田采用的是人工间歇计量，这种计量方法的计量时间短，计量次数少，录取的数据代表性差，并且工作量很大，工作效率低。随着信息技术的发展，大部分油田开始采用仪表来计量油井的油气水三相，相比过去减少了一些工作量，提高了效率，但数据的采集仍需人工来完成，仍存在费时费力的情况，针对这一现象，油田在计量控制中引入了PLC控制系统，对油井的油气水三相进行自动计量，并自动传输数据到上位机，省去了人工的计量的麻烦，并且自动计量的数据采集准确、传输迅速，显示画面直观。endprint

3.3 PLC控制系统在油田转油放水中的应用

转油放水过程是油田原油和天然气集输生产中的主要工艺过程，包含若干工艺环节，它的主要作用是将各单井和计量间的输送来的原油混合液进行初步分离，并收集分离后的油、气、水，经过计量后再输送到各处理站，进行深度脱水处理。转油放水这一环节的安全、平稳运行是转油站外输原油品质的保证。

PLC控制系统通过监测电脱水器、脱水加热炉、真空加热炉等的压力、温度、液位、流量、调节阀开度等数据的变化，实现对电脱水器和加热炉的液位进行闭环调节，改变了传统的使用闸阀手动切换流程繁琐、劳动强度大的问题。通过对缓冲游离水脱除器、游离水脱除器、净化油缓冲罐、污水沉降罐、事故罐等的压力、温度、液位、界面、流量、调节阀开度等数据的监测，闭环调节缓冲游离水脱除器、游离水脱除器、净化油缓冲罐的液位，并对储水罐的液位进行监控，设有报警功能，能够提醒操作人员及时采取相应的处理措施。

3.4 PLC控制系统在油田污水处理中的应用

随着我国油田的不断开采，很多的油田已开始注水开发，这样开采出的原油中含有大量水分，在经过分离后的污水中的含原油、破乳剂等，对环境的污染较大。为了减少环境污染，需要对这些污水时行严格的处理，达到注水水质标准后才能再次注入油层中。污水处理过程包括污水过滤和再生，再生过程又分流化、排液、稳定和正常化四个步骤。根据污水处理工艺的要求，污水处理系统主要由PLC控制器、输入模拟量模块、USS通讯协议、显示与报警和控制中心组成，通过收集污水PH值测量数据、液位检测数据及来水流量计量数据，产生变频器输出的控制量，改变驱动电机转速，用来控制加药泵的输出，从而控制反应罐里污水和药水的反应，能够达到准确注水水质标准的要求。

3.5 PLC控制系统在原油输送中的应用

在原油的输送过程中，为达到有效运输，需要在输送过程中设立多个工作站对原油进行加热处理，确保原油的流动特征。原油在进入工作站时要测量其进站温度，并在工作站内将原油加热至50℃以上时才能泵出工作站。在整个加热过程中，控制温度是最为重要的环节，既要达到原油输送的温度，还要达到节能的要求。PLC控制系统以环境和原油自身状态作为重要参数和计算依据，对整个加热过程进行温度控制，对原油加热过程包括送风、点火、燃料供给、监控等几个主要环节，分别负责不同职能，共同完成燃料混合燃烧工作，要实现加热过程的温度控制就要对燃烧物质的混合比例和燃烧环境进行监测，PLC控制系统通过对所采集到的数据进行分析，以确定对原油输送中需提供的热能，并且实现智能燃烧，以达到节能的目的。PLC控制系统还能够及时发现燃烧过程中出现的温度异常情况，并发出报警信号，当温度或压力参数超出安全指标时能够实现自动停机，确保了整个燃烧系统的安全。

总之，PLC在油田生产的各个环节已得到了大量的应用，其良好的兼容性、拓展性为今后创造网络生产平台打下了基础，但目前PLC相关的控制系统在油田生产的应用多为简单控制，较为复杂的应用仍为少数。随着信息技术的不断发展，PLC在油田生产的应用将会有更广阔的前景。

参考文献

[1] 张旭芬.基于PLC控制的油田自动化计量系统[J].油气田地面工程，2014，（2）.

[2] 王顺华，贾建民.油井气液两相流全自动计量技术

[J].沈阳工业大学学报，2010，（4）.

[3] 王建智.基于PLC的采油联合站控制系统研究[D].大庆石油学院，2007.

作者简介：杨俊清（1986—），男，内蒙古赤峰人，长庆油田第五采油厂助理工程师，研究方向：西门子PLC控制。

（责任编辑：秦逊玉）endprint