PLC控制系统在油田生产中的应用研究

吴辉

摘要：随着我国经济对原油的需求日渐增长，油田污染问题受到国人的广泛关注。针对该问题，本文采用PLC控制系统完成测控任务，软件系统中由SIEMENS S7—300 PLC完成测控任务，其中PLC的工作方式采用循环扫描，通过PID控制达到控制信号的目的。具体应用案例分析表明，该PLC控制系统在污水处理站上可以节约投入成本，能够较好地处理污水污染。

关键词：油田污染 PLC控制系统 污水处理

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）10-0005-01

随着我国经济对原油的需求日渐增长，国内大部分油田已经开发进入中后期[1]，油田污染问题越来越受到国人关注。稠油热采、注聚比例逐渐增大，天然能量开发日渐增多，这些导致了部分地区注水源井水、海水和清水，所采出的污水无法完全用于回注，开发过程中产生过多富余污水。本文所提到的的可编程控制器（PLC）能够改善水污染，可以推广应用于油田污水处理。

1 关键支持技术---PLC技术概述

PLC（Programmable Logic Controller）是一种数学逻辑运算操作的电子装置[2]，它的工作环境是工业制造。PLC的存储器具有编译程序的功能，其中包括CPU、I/O接口电路、电源、通信/功能模块等，它的工作用途是执行计时、逻辑运算、计数等指令，通过模拟/数字式完成读写，进而控制工业制造整个过程。PL应用在工业生产中，它的工作周期为首先进行采样输入，进而执行编译程序，用户程序编译完成后输出生产过程。

2 PLC控制系统在油田生产中的应用技术

2.1 系统构成

为了获取压力、温度、液位等检测信号，本文的PLC控制系统采用SIMATICS7—315—2DPCPU[3]，PLC可以调试和检测数据。为有效控制电阀门，这里采用SM322AO模板，该模板的功能是进行反冲洗排量调节，为了连接PLC的通讯口，实现参数设定、流量累积等功能，系统上位机需要安装通讯卡。联合站在现场应用中一般采用187.5kbps的网络，使用STEP7软件包设置网络参数，从而完成网络数据通信。

污水清洗操作流程如图1所示，分为往复清洗、机械清洗、塞规检验、判断是否合格和冲洗等操作过程。操作过程中的数据传输量较大，这是由于需要进行批量处理、往复清洗等操作，同时进行同步的输入和输出。为了保证数据传输流程，需要精简网络结构层。其中用户接口规定不同设备均具有可调用功能，并且支持光纤传输。PLC采用串行线与现场设备进行数据交换。

2.2 软件设计

软件系统中由SIEMENS S7—300 PLC完成测控任务，PLC的工作方式采用循环扫描，通过PID控制达到控制信号的目的。利用软件包STEP7可以实现用户编程、参数赋值以及程序测试等。软件设计分为模拟量采集软件、连续PID控制以及电阀门开关控制。

模拟量采集软件使用范围在4—20毫安及1～5V的模拟信号，其中采集的信号数据为二进制。为了接受变送器和外部传感器传送的电压，电流信号使用SM331模拟量的采集模板，转换成中央处理器可以识别的二进制数字信号，从而对数字信号进行处理。需要指出的是，在程序编写中要延时5秒再报警，这是因为要防止反复报警现象。

由于PID控制的控制方式较为简单，并且具备无稳态误差的优势，因此在生产过程中得到广泛使用。在西门子公司的标准软件包中采用连续PID控制的功能块，可以配置相应的参数，达到显著的工业控制效果。开关量SM322输出模板的主要功能是将数字信号转换为信号电平，可以直接驱动接触器和电磁阀门。在控制电动阀门的过程中主要考虑的其逻辑控制。

2.3 维护拓展

PLC控制系统在污水处理中使用，达到了预期的处理效果，由于PLC的日常维护工作增多，因此需要注意对PLC控制系统的维护，其中分为硬件维护和软件维护，在硬件维护中，首先低频电路需要一点接地，而高频电路需要多点接地，防止由于环路而造成的干扰。其次，不能同时使用信号地与交流地，这是为了排除电源地线对低电平信号电路的干扰。再次，绝缘电阻不能过小，绝缘电阻的下降会引起干扰。最后，在PLC控制系统中需要注意导线屏蔽接地的问题。软件维护分为监控系统维护和网络维护调试。SIMATIC WinCC是一种适用于监控级的软件，具有开放的体系，支持SQL、OPC、ODBC等公共接口：可以及时完成参数修改。网络维护调试一般采用ASCII通信协议的CP340模板，在STEP7软件中实现参数赋值，因此用户可以便捷地选取ASCII通信协议及赋值参数。

3 具体应用案例分析

某市在2011年年初建立了污水处理厂，主要工作是处理该市的工业污水，投资的预算五千万元左右。该污水处理厂的控制系统分为自动和手动两个部分，其中自动控制系统中的两台PLC控制污水处理，利用网络获取现场信息。实际应用过程中的投资为4300万元，投入成本降低，因而可以获得更多的效益。因此可以得出结论：在油田开采过程中，采用PLC装置可以控制变频调速器，降低采油过程中带来的污水污染。

参考文献

[1]王新云.PLC 变频调速控制在油田的应用[J].油气田地面工程，2013，32（8）：75.

[2]卢建刚，黄振华.PLC 在半山电厂废水处理系统中的应用[J].微计算机信息，2007（6）：101-102.

[3]温锦忠.PLC 在污水泵站自动化监控系统中的应用[J].福建电脑，2005（9）：150-151.