摘要： 本文介紹了西門子自動(dòng)化系統(tǒng)在油田聯(lián)合站中的應(yīng)用，包括系統(tǒng)構(gòu)成，聯(lián)合站工藝，控制功能，Profibus-DP總線的應(yīng)用，以及利用WINCC Web Navigator在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站的統(tǒng)一管理、全局控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：油田聯(lián)合站、WINCC Web Navigator
Abstract This paper introduces that Siemens automation system was used in the union station of oil field, include the structure of the system, the technics of the union station, the control function, the use of Profibus-DP, and the data of long distance transmission which used WINCC Web Navigator. Thus the union station can be unitive management, total controlling and the long distance monitor.
Key Words: the Union Station of the Oil Station, WINCC Web Navigator
一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介葡三聯(lián)合站是一個(gè)集輸油、脫水、污水處理、注水等功能的大型聯(lián)合站。擔(dān)負(fù)大慶油田第七采油廠第三、四油礦原油脫水、成品油外輸、脫后污水處理及清、污水回注，日處理液6000多立方米，外輸油2300噸，污水處理及回注4000多立方米。工藝上要求從輸油、脫水、原油外輸?shù)轿鬯幚砑盎刈⑷坎捎妹荛]管理。
葡三聯(lián)合站主要分為：站級(jí)主控崗、輸油崗、脫水崗、計(jì)量崗、注水崗及污水崗。
外來轉(zhuǎn)油站來液首先進(jìn)入計(jì)量崗計(jì)量流量和含水，再由計(jì)量崗輸向輸油崗，然后由輸油崗的油離水脫除器等工藝設(shè)備進(jìn)行初步的油、水和天然氣的分離，再將初步凈化后的含水油輸至脫水崗，在脫水崗的電脫水的作用下進(jìn)一步油水分離，此時(shí)凈化后油作為成品油再由輸油崗輸送至附近的油庫(kù)。
經(jīng)過輸油崗和脫水崗的工藝設(shè)備分離出來水輸送至污水崗，進(jìn)行污水處理，處理后的水再送至注油崗，由注水崗的高壓注水電機(jī)將水回注到地下，以維持地下壓力平衡。
控制崗位設(shè)為：輸油崗控制管理系統(tǒng)、脫水崗控制管理系統(tǒng)、注水崗控制管理系統(tǒng)、站級(jí)主控管理系統(tǒng)和廠級(jí)管理系統(tǒng)。
輸油崗控制管理系統(tǒng)、脫水崗控制管理系統(tǒng)、注水崗控制管理系統(tǒng)要求對(duì)本崗的工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)報(bào)警信息、在線監(jiān)視修改參數(shù)、報(bào)表打印歸檔、記錄受控信號(hào)的歷史趨勢(shì)曲線、泵的啟停時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等功能。
站級(jí)主控管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將全站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行匯總，統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控分析。并利用油田局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至廠級(jí)管理系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享。
以往油田聯(lián)合站各崗之間的控制均是獨(dú)立的，由不同的廠家提供不同的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，彼此之間沒有任何聯(lián)系，這樣對(duì)生產(chǎn)的管理和設(shè)備的維護(hù)都造成很大不便。
對(duì)此針對(duì)葡三聯(lián)合站特點(diǎn)和工藝要求，我們制定如下自控系統(tǒng)方案：
廠級(jí)管理崗、站級(jí)主控崗個(gè)設(shè)工程師站一臺(tái)，選用SIMATIC WINCC 和WINCC Web Navigator。輸油崗、脫水崗、注水崗各設(shè)一個(gè)操作員站和一套PLC控制器，上位選用SIMATIC WINCC，下位選用S7-300過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。彼此之間通過PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線以1.5Mbit/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
SIMATIC S7 300過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中央處理器將采集來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換，處理成相應(yīng)的溫度、壓力、流量、液位的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行判斷比較，產(chǎn)生報(bào)警等邏輯運(yùn)算功能。并對(duì)液位、界面、壓力等信號(hào)進(jìn)行PID反饋調(diào)節(jié)。PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)在整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)中共享，從而實(shí)現(xiàn)全站的數(shù)據(jù)通訊。
葡三聯(lián)合站二、控制系統(tǒng)構(gòu)成本控制系統(tǒng)主要由3套S7-300和5套上位機(jī)構(gòu)成。
輸油崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況,一套2排機(jī)架的CPU314C-2PTP的PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集控制本崗的數(shù)據(jù)和設(shè)備。并通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
脫水崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況，CPU采用CPU314C-2PTP，并配有CP341通過RS485與計(jì)量崗第三方計(jì)量設(shè)備通訊。向上通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
注水崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監(jiān)控本崗生產(chǎn)運(yùn)行情況，CPU采用CPU314C-2PTP監(jiān)控高壓注水電機(jī)、調(diào)解注水罐的液位，并負(fù)責(zé)監(jiān)控污水崗。向上通過CP342-5連接至DP網(wǎng)絡(luò)。
站級(jí)主控崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡/CP5613），作為WINCC Web Navigator Server向廠級(jí)管理崗提供站內(nèi)生產(chǎn)及運(yùn)行情況,同時(shí)利用廠內(nèi)Profibus-DP總線采集并監(jiān)控各的運(yùn)行情況。位于聯(lián)合站管理辦公樓。
廠級(jí)管理崗：一臺(tái)工控機(jī)（PIV2.0/256M/80G/3COM網(wǎng)卡），作為WINCC Web Navigator Client，通過油田局域網(wǎng)監(jiān)控葡三聯(lián)合站的生產(chǎn)運(yùn)行情況。位于采油廠管理辦公樓。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整個(gè)控制系統(tǒng)由一條DP網(wǎng)絡(luò)貫穿全站，總距離近400米。由于設(shè)備分布位置，共有6個(gè)RS485中繼器完成網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。這樣在任意一臺(tái)上位機(jī)上均可以監(jiān)控全站，但由于管理要求，只有廠級(jí)和站級(jí)可以實(shí)現(xiàn)全站監(jiān)控，其它上位機(jī)均負(fù)責(zé)本崗的監(jiān)控任務(wù)，并可對(duì)其它崗位協(xié)調(diào)監(jiān)控。
應(yīng)用中的監(jiān)視畫面三、控制系統(tǒng)完成的功能對(duì)于大型油田聯(lián)合站來說，各崗之間的協(xié)調(diào)配合和獨(dú)立的精確控制均是必不可少的。此套控制系統(tǒng)從控制精度和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸均超越了規(guī)定的要求。
輸油崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)2個(gè)緩沖游離水脫除器、3個(gè)游離水脫除器、凈化油緩沖罐、污水沉降罐、事故罐等的壓力、溫度、液位、界面、流量、調(diào)節(jié)閥開度等信號(hào)，對(duì)壓力、溫度、液位、界面等設(shè)高低限報(bào)警，并通過PID調(diào)節(jié)2個(gè)緩沖游離水脫除器、3個(gè)游離水脫除器、凈化油緩沖罐的液位。同時(shí)監(jiān)測(cè)控制外輸泵、輸油泵在內(nèi)的19個(gè)泵的啟停，記錄啟停時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。
脫水崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)3個(gè)電脫水器、2個(gè)脫水加熱爐、3個(gè)真空加熱爐等的壓力、溫度、液位、流量、調(diào)節(jié)閥開度等，記錄相關(guān)的報(bào)警信號(hào)，并對(duì)電脫水器和加熱爐的液位進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。同時(shí)通過RS485總線接收由計(jì)量崗傳來的流量、含水、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，通過流量和含水?dāng)?shù)據(jù)，在經(jīng)過溫度壓力系數(shù)補(bǔ)償計(jì)算來個(gè)轉(zhuǎn)油站的來液量。
注水崗控制管理系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)控制3臺(tái)注水泵及電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，管網(wǎng)壓力，清水罐、污水罐的液位及注水流量。調(diào)解污水罐和清水罐的的液位，記錄注水泵的運(yùn)行狀態(tài)，并通過電機(jī)的溫度對(duì)注水電機(jī)作保護(hù)。同時(shí)接收污水崗的流量等數(shù)據(jù)。
輸油崗工藝設(shè)備
脫水崗工藝設(shè)備
計(jì)量崗工藝設(shè)備
注水崗工藝設(shè)備站級(jí)主控管理系統(tǒng)及各崗數(shù)據(jù)管理部分均由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，軟件采用SIMATIC WINCC，實(shí)現(xiàn)工藝畫面，數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警記錄、趨勢(shì)曲線、報(bào)表、打印、網(wǎng)頁(yè)發(fā)布等功能，關(guān)機(jī)不影響數(shù)據(jù)正常采集。SIMATIC WINCC具有系統(tǒng)組態(tài)靈活，界面豐富，功能齊全，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，具體功能如下：
1. 顯示系統(tǒng)工藝流程圖
2. 顯示溫度、壓力、外輸流量等數(shù)據(jù)及趨勢(shì)曲線。
3. 顯示班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表，并可存儲(chǔ)歸檔，定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印，平均每天13張報(bào)表，大大減輕工作強(qiáng)度。
4. 故障報(bào)警記錄。
5. 具有動(dòng)態(tài)提示功能，方便使用。
6. 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。
7. 各回路參量超極限報(bào)警。
8. 運(yùn)行人員的代碼及密碼管理。
9. 報(bào)警界線顯示系數(shù)，所有組態(tài)在在線運(yùn)行時(shí)即可完成。
10.后臺(tái)運(yùn)行其它軟件。
11.利用WINCC Web Navigator Server發(fā)布網(wǎng)頁(yè)。供全廠相關(guān)人員瀏覽。
廠級(jí)管理系統(tǒng)作為WINCC Web Navigator Client通過IE瀏覽聯(lián)合站生產(chǎn)及運(yùn)行情況，廠級(jí)共設(shè)10個(gè)客戶端，可分別供大慶油公司、第七采油廠的領(lǐng)導(dǎo)、計(jì)量科、廠級(jí)調(diào)度等管理部門瀏覽，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理、分析和管理提供了依據(jù)
項(xiàng)目中的難點(diǎn)：游離水脫出器、電脫水器、凈化油罐等均為大型容器，加之輸液管線距離遠(yuǎn)，輸液量不穩(wěn)定，對(duì)其液位、界面進(jìn)行PID調(diào)解的積分周期長(zhǎng)，響應(yīng)慢。西門子的PID調(diào)解功能允許對(duì)P值、I值、D值的參數(shù)無限制設(shè)置，通過合理的參數(shù)設(shè)置，使得調(diào)解非常穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。
對(duì)于含水油、天然氣的計(jì)量涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，包括含水率、流量、溫度壓力補(bǔ)償，西門子S7-300數(shù)學(xué)運(yùn)算功能滿足了這一要求，使得運(yùn)算精度大大提高，計(jì)量更加準(zhǔn)確。
站級(jí)主控管理系統(tǒng)利用WINCC Web Navigator Server作為局域網(wǎng)的網(wǎng)頁(yè)發(fā)布服務(wù)器，程序必須在網(wǎng)絡(luò)中作為共享文件夾，所以容易受到網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊。由于生產(chǎn)管理要求，管理系統(tǒng)不允許操作員退出系統(tǒng)，所以在病毒防護(hù)上就略顯捉襟見肘。由于WINCC支持后臺(tái)運(yùn)行其它軟件，后來在站級(jí)服務(wù)器上安裝Noton殺毒客戶端軟件，每天定時(shí)殺毒，并由第七采油廠信息管理部遠(yuǎn)程對(duì)其定時(shí)升級(jí)、維護(hù)，解決了病毒防護(hù)的問題。
四、項(xiàng)目運(yùn)行大慶油田第七采油廠第三油礦葡三聯(lián)合站過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)是針對(duì)大慶油田集中管理、自動(dòng)控制而設(shè)計(jì)開發(fā)的一套管理控制系統(tǒng)，結(jié)合了管理與控
