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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共7页西门子控制系统在油田联合站生产和管理中的应用葡三联合站是一个集输油、脱水、污水处理、注水等功能的大型联合站。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用密闭管理。葡三联合站主要分为：站级主控岗、输油岗、脱水岗、计量岗、注水岗及污水岗。外来转油站来液首先进入计量岗计量流量和含水，再由计量岗输向输油岗，然后由输油岗的油离水脱除器等工艺设备进行初步的油
2、、水和天然气的分离，再将初步净化后的含水油输至脱水岗，在脱水岗的电脱水的作用下进一步油水分离，此时净化后油作为成品油再由输油岗输送至附近的油库。经过输油岗和脱水岗的工艺设备分离出来水输送至污水岗，进行污水处理，处理后的水再送至注油岗，由注水岗的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的工艺设备实现自动调节、实时监测、实时报警信息、在线监视修改参数、报表打印归档、记录受控信号的历史趋势曲线、泵的启停时间和运行时间等功
3、能。站级主控管理系统负责将全站的生产数据，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的控制均是独立的，由不同的厂家提供不同的控制设备实现单独控制，彼此之间没有任何联系，这样对生产的管理和设备的维护都造成很大不便。对此针对葡三联合站特点和工艺要求，我们制定如下自控系统方案：厂级管理岗、站级主控岗个设工程师站一台，选用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，上位选用SIMATIC WINCC，下位选用S7-300过程自动化
4、控制系统。彼此之间通过PROFIBUS DP现场总线以1.5Mbit/s的速率进行数据通讯。SIMATIC S7 300过程自动化控制系统中央处理器将采集来的信号进行运算转换，处理成相应的温度、压力、流量、液位的信号，并对其进行判断比较，产生报警等逻辑运算功能。并对液位、界面、压力等信号进行PID反馈调节。PROFIBUS DP网络，将数据在整个DP网络中共享，从而实现全站的数据通讯。葡三联合站二、控制系统构成本控制系统主要由3套S7-300和5套上位机构成。输油岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通过Profibus-DP监控本岗生产运行情况,一套2排机架的CPU
5、314C-2PTP的PLC控制系统负责采集控制本岗的数据和设备。并通过CP342-5连接至DP网络。脱水岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通过Profibus-DP监控本岗生产运行情况，CPU采用CPU314C-2PTP，并配有CP341通过RS485与计量岗第三方计量设备通讯。向上通过CP342-5连接至DP网络。注水岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通过Profibus-DP监控本岗生产运行情况，CPU采用CPU314C-2PTP监控高压注水电机、调解注水罐的液位，并负责监控污水岗。向上通过CP342-5连接至DP网络。站级主控岗
6、：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总线采集并监控各的运行情况。位于联合站管理办公楼。厂级管理岗：一台工控机（PIV2.0/256M/80G/3COM网卡），作为WINCC Web Navigator Client，通过油田局域网监控葡三联合站的生产运行情况。位于采油厂管理办公楼。 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。由于设备分布位置，共有6个RS485中继器完成网络扩展。这样在任意一台上位机上均可以监
7、控全站，但由于管理要求，只有厂级和站级可以实现全站监控，其它上位机均负责本岗的监控任务，并可对其它岗位协调监控。 应用中的监视画面三、控制系统完成的功能对于大型油田联合站来说，各岗之间的协调配合和独立的精确控制均是必不可少的。此套控制系统从控制精度和网络数据传输均超越了规定的要求。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、事故罐等的压力、温度、液位、界面、流量、调节阀开度等信号，对压力、温度、液位、界面等设高低限报警，并通过PID调节2个缓冲游离水脱除器、3个游离水脱除器、净化油缓冲罐的液位。同时监测控制外输泵、输油泵在内的19个泵的启停，记录启
8、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个真空加热炉等的压力、温度、液位、流量、调节阀开度等，记录相关的报警信号，并对电脱水器和加热炉的液位进行PID调节。同时通过RS485总线接收由计量岗传来的流量、含水、温度、压力等数据，通过流量和含水数据，在经过温度压力系数补偿计算来个转油站的来液量。注水岗控制管理系统：监测控制3台注水泵及电机的运行参数及状态，管网压力，清水罐、污水罐的液位及注水流量。调解污水罐和清水罐的的液位，记录注水泵的运行状态，并通过电机的温度对注水电机作保护。同时接收污水岗的流量等数据。 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
9、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，软件采用SIMATIC WINCC，实现工艺画面，数据显示、参数设置、报警记录、趋势曲线、报表、打印、网页发布等功能，关机不影响数据正常采集。SIMATIC WINCC具有系统组态灵活，界面丰富，功能齐全，维护简单，运行可靠的特点，具体功能如下： 1. 显示系统工艺流程图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，并可存储归档，定时或实时打印，平均每天13张报表，大大减轻工作强度。4. 故障报警记录。5. 具有动态提示功能，方便使用。6. 进行数据处理和存储。7. 各回路参量超极限报警
10、。8. 运行人员的代码及密码管理。9. 报警界线显示系数，所有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发布网页。供全厂相关人员浏览。 厂级管理系统作为WINCC Web Navigator Client通过IE浏览联合站生产及运行情况，厂级共设10个客户端，可分别供大庆油公司、第七采油厂的领导、计量科、厂级调度等管理部门浏览，为生产数据的处理、分析和管理提供了依据项目中的难点：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调解的积分周期长，响应慢。西门子的PID调
11、解功能允许对P值、I值、D值的参数无限制设置，通过合理的参数设置，使得调解非常稳定，保证了生产的质量和效率。对于含水油、天然气的计量涉及到复杂的数学模型，包括含水率、流量、温度压力补偿，西门子S7-300数学运算功能满足了这一要求，使得运算精度大大提高，计量更加准确。站级主控管理系统利用WINCC Web Navigator Server作为局域网的网页发布服务器，程序必须在网络中作为共享文件夹，所以容易受到网络病毒攻击。由于生产管理要求，管理系统不允许操作员退出系统，所以在病毒防护上就略显捉襟见肘。由于WINCC支持后台运行其它软件，后来在站级服务器上安装Noton杀毒客户端软件，每天定时杀
12、毒，并由第七采油厂信息管理部远程对其定时升级、维护，解决了病毒防护的问题。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的一套管理控制系统，结合了管理与控制于一体，是西门子自动化产品在油田系统中的杰出应用范例。该系统与2004年1月投运，至今运行良好，生产稳定，大大提高了生产效率，节约了以生产成本，无任何故障。并且由于控制平稳，自动化程度高，以往需要工人到现场手动调节工艺设备，记录运行数据，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的工作强度，受到广泛好评。葡三联合站已被评为“铁人金牌站”，该控制系统作为先进的联合站控制管理系统，多次迎来同级单位及上级管理单位的参观，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的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。模块化设计，便于扩展。Profibus-DP和以太网作为开放的网络体系，其强大网络扩展功能和高速的数据传输，可以组成较大的网络拓扑结构，适合于大型控制系统要求。第 7 页 共 7 页