PLC在油田控制系统中的选型与应用

王军

摘要

本文围绕输入输出点数、存储器容量、功能及安全性四个方面对PLC在油田控制系统中的选型进行阐述，并提出设计性价比最优的控制系统的工艺要求。另外，结合油田生产中原油开采、计量控制、转油放水、污水处理、原油输送五个环节对PLC在油田控制系统中的应用进行论述。

【关键词】输入输出点数 存储器容量 安全性PLC控制系统 应用

1 引言

PLC是可编程控制器的简称，它的功能表现在高效精准的获取生产信息及数据，经过缜密的分析判断，利用功能完备的生产设备，保障系统工作平稳进行。新疆克拉玛依油田是我国解放后发现的第一个大油田，它位于新疆准噶尔盆地西北缘并且具备丰富的石油资源。如今的克拉玛依的石油炼制和化学工业已经得到了蓬勃的发展。但是克拉玛依油田面对当前石油产业越来越复杂化的大环境背景，同样需要配备一套相应的控制系统来配合油田开发的工作。可编程控制器即PLC，其具备严实的结构基础、非常完备的功能、便捷的操作性、极高的可靠性等一些列优点，充分的运用在控制系统之中，完全发挥控制系统的优势。目前，PLC在油田的开发生产方面越来越普及，并且在不断地技术革新中，其种类和数量也越来越多，功能也越来越完备。面对结构型式、性能容量、价格都大不相同的PLC，在选择使用时要根据使用场合的不同而具体情况具体分析。因此，PLC的选择是否合理直接影响着控制系统是否能够顺利运行。

2 PLC的分类

2.1 根据性能对PLC进行分类

按照性能对PLC进行分类，其中性能方面包括PLC的I/O点数、用户程序存储器容量的大小及控制功能的不同三个大类。根据这三个性能可将PLC分为小型、中型和大型：

（1）小型PLC的I/O点数比256点要低，CPU为单，用户程序存储量未达到四千字，主要的控制方式为开关量。

（2）重型PLC的I/O点数控制在256点和2048点之间，采用双CPU，存储器容量为在两千到八千字之间，其各项基本功能都较强，其中有数据传送和比较功能、远程I/O功能、通信联网功能等。

（3）大型PLC的I/O点数要高于2048点，多CPI，存储器安排在八千到一万六千字之间，相比于小型、中型PLC，大型PLC多设置了几项功能。

2.2 根据结构对PLC进行分类

整体式PLC和机架式PLC是按照构成形式对PLC分成两类。所谓整体式PLC表现在结构趋于整体式，即一个机箱内集中多种配置。这种整体式PLC大大提高了装入设备时的便捷性，并且还具备1/O值小、价格低等特点和优势。而机架式结构的PLC恰恰与整体式相反，其每个单元都是相互独立，运行时再将各个单元连接到机架底板的插座上进行使用。其优势在于根据具体生产实际要求来配置模块从而形成差异较大的PLC。机架式结构的PLC的I/O点数大，使用起来灵活多变，便捷度高，易于拓展。

2.3 根据应用范围对PLC进行分类

通用型、专用型、安全型三类是根据PLC应用范围的不同而进行分类。若针对一具体的工艺要求而特意研究一种配置装备，如数控机床、锅炉设备等，这类属于专用型PLC。所谓安全型PLC就是以关键系统和高安全要求为核心而特意研发的PLC。高度重视监测系统的故障问题，确保发生危险是系统能否及时的恢复到安全状态。

3 PLC选型方法

PLC选型是根据己确定好的控制方案进行PLC工程设计选型。PLC选型需要对输入输出点数、用户程序存储量进行估算，确定PLC的控制功能、外部设备特性等，才能选出较高性价比的PLC，设计出高匹配度的控制系统。具体的选型判断方法为以下四点：

3.1 判断PLC的规模大小

根据工艺控制要求准确的统计数字输入/输出量和模拟输入/输出量，在统计出的结果上再加百分之十到百分之三十的余量，以此作為I/O总点数。PLC存储器容量估算的公式为：存储器容量=数字量I/O点数×10+模拟量I/O点数×25+特殊量I/O点数×100。

3.2 对于输入输出模块的考虑

此时需要判断信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求的一致性。一般来说继电器的输出环节具有很多优点，例如价格低、电压使用范围广、生命周期不长等。可控硅的输出模块存在价格贵、过载能力差两方面的不足。

3.3 网络通讯方面的考量

按照网络构成的实际情况和具体要求，在网络通讯方面考量时要注意具体通信功能的处理器类型的不同，如点对点、现场总线和工业以太网等功能。大型PLC及中型PLC一般来说是具备多种现场总线和标准通信协议来支撑的，它们的通信总线需要按照1：1进行冗余配置。PLC通信接口主要是由并行通信接口、RIO通信接口、工业以太网等构成。

3.4 安全型PLC的要求

高度重视监测系统的故障问题，确保发生危险是系统能否及时的恢复到安全状态。因此，安全系统PLC的结构和处理方式都是极为特殊的，其基本要求要做到以下三点：首先，具备第三方专业机构安全认证资质，符合安全性及国际标准;其次，其硬件设备在物理上要完全独立于分散型控制系统;最后，诊断测试方法要完备。

4 PLC在油田中的应用

PLC在各个领域的应用非常广泛，包括在油田生产方面其在原油开采、输送、计量这三个环节都得到良好的应用：一方面生产效率变高;另一方面，保证油田生产工作的平稳进行，在一定程度上解决油田生产的安全性问题。然而，PLC系统主要应用在原油集输处理、天然气处理、水处理、注水、聚合物配置、聚合物注入等工艺环节，温度、压力、差压、液位、界面、流量这六个因素是PLC系统重点检测和控制部分。

4.1 PLC应用于油田原油开采环节

PLC在油田开采环节中监测石油钻杆热处理的情况及涉及到的各个因素，并对整个热处理的情况做出清晰、全局的把控，一旦采油装置出现故障，PLC系统的安全机构会发挥作用，启动报警，进而启动保护程序处理故障问题，使得工作平稳开展。

4.2 PLC应用于油田计量环节

油田在计量控制方面使用PLC，对比于过去的人工计量以及仪表计量，大大提升工作效率，能够使得传输数据环节自动化，避免人工带来的一系列不必要的麻烦。与此同时，数据采集的准确性、信息传输的高效性、画面显示的直观性也得到有效的保证。

4.3 PLC应用于油田转油防水环节

所谓转油防水是将单井和计量间的输送来的原油混合液进行初步分离，对收集分离后的油、气、水展开计量并输送到各工作站进一步展开深度脱水处理。PLC对电脱水器、脱水加热炉、真空加热炉等设备涉及到的压力、温度、液位、流量等因素的情况加以实时观察，并设安全报警装置，改变了传统人工切换流程的繁琐和劳动强度大等问题。

4.4 PLC应用于油田污水处理环节

油田被大量开采后，不断出现注水开发的情况，对环境造成很大程度的污染。为了避免环境污染问题，需要严格优化污水的处理流程，需要注入的水质标准有一个严格的把控。关于污水的处理装置中加入了PLC系统，收集污水PH值信息数据、液位观测信息及来水流量计量信息变得高效快捷，而且数据信息更加准确，满足准确注水水质标准的要求。

4.5 PLC应用于油田原油偷送环节

原油输送是一个至关重要的环节，工作过程中设置了多个加热工作站来优化原油流动的特性。而温度的把控是否合理成为此环节的核心要点：不仅需要达到特定的输送温度，还得考虑节能标准。PLC将周围环境特点和原油己具备的特性视为参数并作为计算的根据。它利用获取到的信息和数据展开分析和判断，判定原油输送过程所需热能大小以完成燃烧智能化，并随时关注着燃烧过程中的温度变化情况，一旦温度变化出现异常，启动报警并自动停止运行，确保着整个燃烧环节的安全性。

5 結束语

综上所述，PLC在油田控制系统中做出合理的选型后，要有针对性的提出设计性价比最优的控制系统工艺要求。此外，结合油田生产中提及的五个环节，对PLC在油田控制系统中的应用进行论述后发现PLC种类、数量及功能越来越多，技术模式也在不断革新，应用领域极为广泛，并且PLC在油田工作的每个流程中已得到切实运用。如何选择PLC控制系统，使其能够在油田生产中得以发挥最大的高效性及可靠性已经逐渐成为人们关注的焦点。

参考文献

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