联合站自控系统投运故障的应对分析

田欣

（大庆油田第二采油厂工艺研究所，黑龙江 大庆 163000）

油田联合站属于原油生产流程之中的关键环节，其自动化的生产水平与管理水平与油田的生产效率息息相关，可有效促进油田企业经济效益的增长。自动控制系统属于联合站生产流程之中不可或缺的重要组成部分，一般情况下，自动控制回路的组成包括四个环节，其中任意一个环节发生故障或者出现问题以后，均会对回路的正常工作产生不利影响。系统投运过程中，经常会产生一些故障，其会影响系统的闭环控制，对生产安全产生不利影响。可见，联合站自动控制系统在生产流程之中发挥着关键性效用，其与自动回路的生产安全及正常运行均产生着不利影响。当前，我国联合站自动控制系统欠缺完善性，故障发生几率较高，极易无法形成闭环控制，对安全生产产生不利影响，所以，为保障自动控制系统各个环节运行的正常性，联合站工作人员必须将其作为工作的重要任务，努力完成。

1 故障检测模型设计

人类以眼睛可对显示世界之中存在的各种故障信号进行识别，为确保计算机可存储并处理这些故障信号，就必须系统化的进行故障信号的处理，将特征故障信号进行转化，使其成为计算机可以进行物理世界的反应的景象方式就是联合站自控系统故障检测方式。在计算机之中，采用矩阵及二维数组方式进行联合站自控系统故障的检测，比如在一张L×R个不可分割成像点所形成的故障中，不同故障所反映的故障信号的强弱就是事故树值，其可依靠L行及R列矩阵T进行故障模型的给出。

1.1 投运故障检测处理

由于联合站背景下，干扰因素较多，投运故障检测前，必须采用各种前置处理形式进行故障的检测处理。在前置处理过程中，可依靠中值滤波法对联合站投运故障检测过程中所形成的离散奇异点噪声进行去除，该噪声也有椒盐噪声之称。开展差分的结果为2副故障检测之间存在差异性。依靠这一形式，可促进联合站投运故障检测中投运信息的强化。研究人员采用模糊技术方式，可对联合站故障检测之中亮度干扰有效缩减，应用最大的模糊熵可实现对应模糊阈值的去除，以此减少由于亮度不均匀所形成的干扰问题。

1.2 自动系统投运检测

开展联合站自控系统检测过程中，最关键的为检测故障边缘故障。边缘故障大都在差异性的事故树紧邻区域之中存在，边缘故障方向与垂直方向与紧邻的故障事故树数值存在较大差异性，依据差异幅度的差异性，其主要以斜坡形状和阶跃形状为常见的故障类型，其具体类型可见图1所示。

图1 边缘故障常见类型

在理想的情况下，边缘故障大都以阶跃型为主，由于故障检测收集及背景噪声等因素的影响，会形成边缘故障，边缘故障交接位置会呈现渐进过渡表现，其会导致边缘故障位置形成事故树斜坡，其导致斜坡边缘故障的形成。屋顶型边缘故障指的是两个斜坡边缘故障形成组合而形成的故障，但是两个斜坡边缘故障中间均存在一定尺寸的平滑过渡区域，故障检测中，大都以粗边缘故障为主要表现。

1.1 边缘故障基本思想

边缘故障检测过程中，所应用的基本思想大都为先依靠增强边缘故障算子方式及故障检测，开展卷积计算，对边缘故障进行拉大处理后，形成与背景事故树之间的差异性，进而进行阈值的定义，依据这一阈值，进行边缘故障背景的划分。只是由于故障检测会受到噪声、采样或者模糊等因素的影响，导致边缘故障出现时，可能存在断断续续的表现。边缘故障检测过程中，不仅需要对边缘故障进行提取，还需要采取一定方式，对初始边缘故障之中存在的噪声进行去除，进行简短微弱边缘故障的添加，并将边缘故障连接成线条。

1.2 边缘故障检测流程

首先，开展平滑性检验，由于边缘故障检测过程中，会产生十分严重的噪声干扰，所以在边缘故障检测之前，必须采取平滑算子的方式，过滤离散的奇异点，以此开展故障检测。

其次，进行增强检测，其可对与邻域之中存在的事故树差异较大的点与周边事故树的差异进行提升的方式实现，一般情况下，可以采取算子的增强及故障检测开展卷积运算方式实现。

最后，检测，由于现实世界之中，必须对边缘故障进行考量，其必须依据相邻点之间的颜色进行故障判断，开展联合站自控系统边缘故障检测的过程中，若是单一性的依靠事故树特征进行判定是远远不足的，由于相同的事故树特征于边缘故障之中的展示，人们大都以为其为噪声故障，所以必须依靠多种形式对边缘故障进行鉴别。

1.3 故障检测分割

一般的联合站自控系统投运故障检测过程中，开展无损故障检测所占比例较高，实际拍摄环境之中，会受到各种干扰，导致原本的联合站自控系统投运故障无法被有效检测，其并不具备明确对自控系统故障检测特征进行区分的能力，所以必须预先进行故障检测的处理，以对外界的干扰进行排除。

开展故障检测过程中，事故树直方图可对各个事故树级别故障比例进行反应。依据故障检测处理角度分析，最理想的事故树直方图，指的是北京及目标之间存在显著的峰值，该直方图大都为双峰曲线。只需要进行北京分界位置及目标部位事故树值的探寻，即可实现北京与目标之间的分离，这一过程就是故障检测分割。在实际状况之下，导致故障检测分割难度形成的原因主要包括：第一，形似目标物干扰物的存在；第二，背景噪声的存在；第三，故障检测过程中亮度不均匀；第四，目标在故障检测过程中所占比例较小，导致无法直观的展示理想事故树直方图。

2 自控系统现状

当前，油田采油厂大都采取联合站形式进行干预，联合站建立过程中，其系统扩容形式比较简洁，仅需要增设IO卡件，依靠系统组态即可实现，且联合站运行维护比较简便，由于控制系统结构自动化程度较高，仅需要对维护人员进行简单化的培训即可开展。现场测控仪表大都为控制系统之中进行标准信号的接入，其并未存在系统兼容性困扰问题。但是联合站自控系统运用中，若是系统规模较大，将无法保障信号有效接入系统，无法确保系统运行的稳定性，且由于自控系统应用中，已建工程会对控制系统上的通信模块、操作站、CPU及电源模块等产生制约，影响运行，导致联合站自控系统投运故障时有发生。

以大庆油田为例，其中联合站的数量共计8个，在自控系统投运过程中，故障发生几率较高，极易导致无法进行闭环控制，对生产安全产生不利影响，合理采取应对措施干预，可确保联合站自控系统运行的正常，有效实现自动控制。

3 故障发生原因分析

一个联合站自动控制回路的组成大都包括四个环节，其中任意一个环节发生故障或者异常情况，将对自动回路的正常运行产生不利影响。

3.1 检测单元故障发生原因

游离水脱除器界面调节环节及电脱水器界面调节环节可依靠射频导纳物位仪表得以实现。当前，采出液之中含有大量的聚合物硫化物，这一物质应用中，其会在油水界面上下20cm左右乳化带位置存在，其会导致界面数值产生无规律性的变化。除此以外，由于电拖输气内部电厂的干扰作用影响，其会对界面的检测效果产生不利影响。

3.2 调节单元故障发生原因

由于不同联合站来液存在差异性，且容器的容积也存在差异性，调节阀的响应速度会受到PLC工控机输出电流变化值的影响，控制参数比例值及积分制可对电流值变化量进行决定，所以积分制及比例值选择的不适当性将对自控系统的投运产生负面影响。

3.3 被控对象扰动故障发生原因

分析游离水脱除器情况，其来液量变化较大及偏流问题时有发生，会导致游离水分离器无法与其内部进行稳定界面的建立，若是系统的压力值升高以后，则必须全部打开总出口调节阀，在这种情况下，若是多台游离水界面降低，则放水阀会呈现全部关闭的趋势，导致系统内的压力值进一步提升。

3.4 执行机构部分故障发生原因

气动薄膜调节阀在系统控制中的应用主要作用为执行机构，电气阀门定位器为气动薄膜调节阀的最关键附件部分，若是风线之中含有杂质，则极易导致电气阀门定位器气路堵塞问题的发生，导致无信号输出问题的形成，也会导致输出信号过小，对气动薄膜调节阀动作产生不利影响。

4 故障发生的应对措施

4.1 射频导纳物位仪表问题

若是射频导纳物位仪表发生故障以后，首先，若是界面的数值未产生无线性的变化，则需要先对系统进行干预，由自动化向手动化控制转变，以确保容器内液体沉降时间的延长。若是界面值始终保持在一个数值以内且并未发生改变情况下，或者该数值改变为负数以后，则说明洁面仪表出现相关问题，也可能是相关设备发生问题；其次，为对电脱水器内部电场干扰情况进行消除，必须对射频导纳物位信号输入端及地之间进行电阻的连接，该电阻的阻值应控制为1.5千欧，若是干扰信号发生突变的情况下，必须瞬间向干扰电压相接地端传送。

4.2 调节单元部分问题

在PLC工控机内部，进行积分值及比例值的设置过程中，必须分析联合站容器规格，分析联合站的来液量，并采取凑试法进行明确。

除此以外，由于现场检测信号大都为模拟信号，为确保控制系统自身稳定，需要在设定值上进行检测盲区的添加，若是检测值在设定值范围的盲区以内的情况下，计算机控制系统即可分析设定值与检测值之间是否存在一致性，以降低调节阀误动作问题的发生。

4.3 被控对象扰动问题

若是来液量不稳定的情况下，需要将一部分游离水分离器的进液阀只打开一定的扣数，另一部分的游离水分离器的进液阀必须全部打开，其开展的关键目的为依靠对前部分游离水的进液量进行调节的形式以对喉部分游离水液量的稳定性进行调节，以此有效降低跑油事故的产生，此时员工必须以手动方式进行控制，也可以重新进行游离水脱除器界面值的设置。

针对二段式脱水联合站来说，若是一段系统压力调节阀旁边打开一定扣数以后，或是系统压力调节阀全部关闭以后，则可能存在一定液量由一段位置向二段位置流入。

4.4 执行机构部分问题

风险杂质极易对电气阀门定位器气路产生堵塞，必须在阀前进行过滤装置的安装，以此确保阀门定位器的风为清洁风。

5 结语

为促进联合站自控系统投运效率的提升，降低投运时所形成的故障发生，必须构建联合站故障检测系统模型，以此实现有效的系统故障检测，依靠边缘故障检测方式，促进故障检测水平及故障综合控制水平的提升。在此过程中，具有有限的故障预处理效用。若是原始条件比较差的情况下开展故障检测，即使开展故障预处理后，也无法实现有效的故障预处理分割效果，若是故障预处理中可对背景所产生的目标干扰产生弱化，其会缩减故障检测分割的实际难度。从联合站实际故障情况分析，应用联合站故障激光检测技术，可促进联合站信号故障控制及故障检测能力的提升。