西門子控制系統在油田聯合站生產和管理中的應用

關鍵詞：油田聯合站、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、項目簡介

葡三聯合站是一個集輸油、脫水、污水處理、注水等功能的大型聯合站。擔負大慶油田第七採油廠第三、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、原油外輸到污水處理及回注全部採用密閉管理。
葡三聯合站主要分為：站級主控崗、輸油崗、脫水崗、計量崗、注水崗及污水崗。
外來轉油站來液首先進入計量崗計量流量和含水，再由計量崗輸向輸油崗，然後由輸油崗的油離水脫除器等工藝設備進行初步的油、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一步油水分離，此時凈化后油作為成品油再由輸油崗輸送至附近的油庫。
經過輸油崗和脫水崗的工藝設備分離出來水輸送至污水崗，進行污水處理，處理后的水再送至注油崗，由注水崗的高壓注水電機將水回注到地下，以維持地下壓力平衡。
控制崗位設為：輸油崗控制管理系統、脫水崗控制管理系統、注水崗控制管理系統、站級主控管理系統和廠級管理系統。
輸油崗控制管理系統、脫水崗控制管理系統、注水崗控制管理系統要求對本崗的工藝設備實現自動調節、實時監測、實時報警信息、在線監視修改參數、報表列印歸檔、記錄受控信號的歷史趨勢曲線、泵的啟停時間和運行時間等功能。
站級主控管理系統負責將全站的生產數據，生產狀態進行匯總，統一進行生產監控分析。並利用油田區域網將數據上傳至廠級管理系統，進而實現全廠生產數據共享。
以往油田聯合站各崗之間的控制均是獨立的，由不同的廠家提供不同的控制設備實現單獨控制，彼此之間沒有任何聯繫，這樣對生產的管理和設備的維護都造成很大不便。
對此針對葡三聯合站特點和工藝要求，我們制定如下自控系統方案：
廠級管理崗、站級主控崗個設工程師站一台，選用SIMATIC WINCC 和WINCC Web Navigator。輸油崗、脫水崗、注水崗各設一個操作員站和一套PLC控制器，上位選用SIMATIC WINCC，下位選用s7-300過程自動化控制系統。彼此之間通過PROFIBUS DP現場匯流排以1.5Mbit/s的速率進行數據通訊。
SIMATIC S7 300過程自動化控制系統中央處理器將採集來的信號進行運算轉換，處理成相應的溫度、壓力、流量、液位的信號，並對其進行判斷比較，產生報警等邏輯運算功能。並對液位、界面、壓力等信號進行PID反饋調節。PROFIBUS DP網路，將數據在整個DP網路中共享，從而實現全站的數據通訊。

二、控制系統構成
本控制系統主要由3套S7-300和5套上位機構成。
輸油崗：一台工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監控本崗生產運行情況,一套2排機架的CPU314C-2PTP的PLC控制系統負責採集控制本崗的數據和設備。並通過CP342-5連接至DP網路。
脫水崗：一台工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監控本崗生產運行情況，CPU採用CPU314C-2PTP，並配有CP341通過RS485與計量崗第三方計量設備通訊。向上通過CP342-5連接至DP網路。
注水崗：一台工控機（PIV2.0/256M/80G/CP5613），通過Profibus-DP監控本崗生產運行情況，CPU採用CPU314C-2PTP監控高壓注水電機、調解注水罐的液位，並負責監控污水崗。向上通過CP342-5連接至DP網路。
站級主控崗：一台工控機（PIV2.0/256M/80G/3COM網卡/CP5613），作為WINCC Web Navigator Server向廠級管理崗提供站內生產及運行情況,同時利用廠內Profibus-DP匯流排採集並監控各的運行情況。位於聯合站管理辦公樓。
廠級管理崗：一台工控機（PIV2.0/256M/80G/3COM網卡），作為WINCC Web Navigator Client，通過油田區域網監控葡三聯合站的生產運行情況。位於採油廠管理辦公樓。
整個控制系統由一條DP網路貫穿全站，總距離近400米。由於設備分佈位置，共有6個RS485中繼器完成網路擴展。這樣在任意一台上位機上均可以監控全站，但由於管理要求，只有廠級和站級可以實現全站監控，其它上位機均負責本崗的監控任務，並可對其它崗位協調監控。
三、控制系統完成的功能
對於大型油田聯合站來說，各崗之間的協調配合和獨立的精確控制均是必不可少的。此套控制系統從控制精度和網路數據傳輸均超越了規定的要求。
輸油崗控制管理系統：監測2個緩衝遊離水脫除器、3個遊離水脫除器、凈化油緩衝罐、污水沉降罐、事故罐等的壓力、溫度、液位、界面、流量、調節閥開度等信號，對壓力、溫度、液位、界面等設高低限報警，並通過PID調節2個緩衝遊離水脫除器、3個遊離水脫除器、凈化油緩衝罐的液位。同時監測控制外輸泵、輸油泵在內的19個泵的啟停，記錄啟停時間和運行時間。
脫水崗控制管理系統：監測3個電脫水器、2個脫水加熱爐、3個真空加熱爐等的壓力、溫度、液位、流量、調節閥開度等，記錄相關的報警信號，並對電脫水器和加熱爐的液位進行PID調節。同時通過RS485匯流排接收由計量崗傳來的流量、含水、溫度、壓力等數據，通過流量和含水數據，在經過溫度壓力係數補償計算來個轉油站的來液量。
注水崗控制管理系統：監測控制3台注水泵及電機的運行參數及狀態，管網壓力，清水罐、污水罐的液位及注水流量。調解污水罐和清水罐的的液位，記錄注水泵的運行狀態，並通過電機的溫度對注水電機作保護。同時接收污水崗的流量等數據。
站級主控管理系統及各崗數據管理部分均由工業控制計算機組成，軟體採用SIMATIC WINCC，實現工藝畫面，數據顯示、參數設置、報警記錄、趨勢曲線、報表、列印、網頁發布等功能，關機不影響數據正常採集。SIMATIC WINCC具有系統組態靈活，界面豐富，功能齊全，維護簡單，運行可靠的特點，具體功能如下：
1. 顯示系統工藝流程圖
2. 顯示溫度、壓力、外輸流量等數據及趨勢曲線。
3. 顯示班報表、日報表、周報表、月報表，並可存儲歸檔，定時或實時列印，平均每天13張報表，大大減輕工作強度。
4. 故障報警記錄。
5. 具有動態提示功能，方便使用。
6. 進行數據處理和存儲。
7. 各迴路參量超極限報警。
8. 運行人員的代碼及密碼管理。
9. 報警界線顯示係數，所有組態在在線運行時即可完成。
10.後台運行其它軟體。
11.利用WINCC Web Navigator Server發布網頁。供全廠相關人員瀏覽。
廠級管理系統作為WINCC Web Navigator Client通過IE瀏覽聯合站生產及運行情況，廠級共設10個客戶端，可分別供大慶油公司、第七採油廠的領導、計量科、廠級調度等管理部門瀏覽，為生產數據的處理、分析和管理提供了依據
項目中的難點：
遊離水脫出器、電脫水器、凈化油罐等均為大型容器，加之輸液管線距離遠，輸液量不穩定，對其液位、界面進行PID調解的積分周期長，響應慢。西門子的PID調解功能允許對P值、I值、D值的參數無限制設置，通過合理的參數設置，使得調解非常穩定，保證了生產的質量和效率。
對於含水油、天然氣的計量涉及到複雜的數學模型，包括含水率、流量、溫度壓力補償，西門子S7-300數學運算功能滿足了這一要求，使得運算精度大大提高，計量更加準確。
站級主控管理系統利用WINCC Web Navigator Server作為區域網的網頁發布伺服器，程序必須在網路中作為共享文件夾，所以容易受到網路病毒攻擊。由於生產管理要求，管理系統不允許操作員退出系統，所以在病毒防護上就略顯捉襟見肘。由於WINCC支持後台運行其它軟體，後來在站級伺服器上安裝Noton殺毒客戶端軟體，每天定時殺毒，並由第七採油廠信息管理部遠程對其定時升級、維護，解決了病毒防護的問題。
四、項目運行
大慶油田第七採油廠第三油礦葡三聯合站過程自動化控制系統是針對大慶油田集中管理、自動控制而設計開發的一套管理控制系統，結合了管理與控制於一體，是西門子自動化產品在油田系統中的傑出應用範例。
該系統與2004年1月投運，至今運行良好，生產穩定，大大提高了生產效率，節約了以生產成本，無任何故障。並且由於控制平穩，自動化程度高，以往需要工人到現場手動調節工藝設備，記錄運行數據，編輯班報、日報，現均由該系統自動實現，大大減輕了操作工人的工作強度，受到廣泛好評。
葡三聯合站已被評為“鐵人金牌站”，該控制系統作為先進的聯合站控制管理系統，多次迎來同級單位及上級管理單位的參觀，現已在大慶油田廣泛推廣。
五、應用體會
西門子SIMATIC控制系統是一個全集成的、結構完整、功能完善、面向整個生產過程的過程式控制制系統。模塊化設計，便於擴展。Profibus-DP和乙太網作為開放的網路體系，其強大網路擴展功能和高速的數據傳輸，可以組成較大的網路拓撲結構，適合於大型控制系統要求。