自動化技術在輸油管道和站庫的應用探討
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關鍵詞：信息化；輸油泵;加熱爐;PLC;
Abstract: Information-based construction item of the victory oil-field oil-pipeline and the station, install through the system design, hardware, equipments monotone, the software test and the system adjusts. Solved the remote control of the equipments, the signal interference and data of PLC collects etc..
Keywords: Information Oil_Pump Heater PLC
企業信息化是企業現代化的重要標志，是企業發展的動力源泉，更是提高企業經濟效益與競爭力的捷徑和主要保證。企業信息化是長期艱巨而又緊迫的任務。勝利油田基層單位分布廣，功能差別較大，同時單位的信息化基礎相對較薄弱，水平較低。如何結合“數字油田”的建設要求與生產實際情況，探討所轄基層單位的信息化建設的形式、方法和內容，是信息工程技術人員主要責任和義務。
1 信息化建設背景
永安輸油站作為勝利油田重點的中間加溫加壓站，擔負著自上游原油庫到下游近二分之一的中轉任務。該站動力系統為1984年建站投產設備，性能相對落后，幾乎沒有生產參數自動采集。2001年該站熱力系統設備改建，自動化程度相對較高。如何在現有基礎上實現信息化站庫建設與管理要求，成為該站迫切解決的難題和重點。
信息化建設前的狀況
1） 原油儲罐的液位、溫度、壓力等參數全靠崗位工人現場檢尺，看表，工人勞動強度大，計量誤差較大。
2） 通過人工巡回檢查外輸泵機組的各部位振動值、溫度值、電機電流電壓等運行參數，。
3） 兩套熱媒爐系統點火控制部分在現場，控制參數僅基于現場數字顯示，重點生產數據無法采集上傳，不能及時交換生產流程中的重點信息。
4） 站內生產數據不能與首末站生產相關聯，生產調控極為簡單，無法實施輸油系統的優化運行和系統運行安全檢測。
2 “數字化”建設的方法與內容
2.1 建設功能
1） 熱媒爐系統遠程啟停控制、系統聯鎖、爐效實時分析等;
2） 外輸泵機組電參數動態采集、遠程啟停輸油泵、泵狀態實時檢測、泵效實時分析和監視等;
3） 重點生產參數（主要流程管道壓力溫度、儲罐液位溫度、熱交換區溫度壓力、地溫氣溫等）實時采集;
4） 常規生產管理流程的自動化操作，如熱力越站、水力越站等;
5） 生產參數的網絡動態發布，包括生產參數監視系統、泵狀態檢測系統、UPS動態監視系統等;
2.2 建設具體內容
1） 對重點參數進行了自動采集，包括壓力、溫度（包括爐膛溫度、煙道溫度、地溫、氣溫）、油罐、燃油罐、水罐液位和溫度等；
2） 對永安輸油站流程常規切換的14只手動閥加裝電動執行機構；
3） 對原油外輸流量計（兩臺）、燃油流量計（兩臺）進行自動計數采集、累計量計算；
4） 對3臺泵機組電機實時用電參數進行實時采集，包括三相電流、電壓、頻率、功率因素、有功電量、無功電量等；
5） 對熱媒爐系統原控制柜功能移到PLC系統，實現了遠程起停、聯鎖保護；
6） 對3臺輸油泵的前后軸承振動、溫度進行實時監測，實現在線狀態監測和故障診斷；
7） 實現3臺輸油泵遠程啟停控制；
8） 對泵房區及全站設立視頻監視，并4路可燃氣體報警接入系統；
9） 系統后備電池及UPS建設，為系統提供4～8小時電源支持，并提供動態監視畫面;
10)對進出站輸油壓力溫度流量等參數納入長輸管道泄漏檢測系統。
2.3系統建設硬件
1) PLC系統硬件如圖1所示
兩臺上位機主要滿足操作站和監視站功能。操作站主要進行現場生產運行的自動操作/手動操作。操作站直接讀取PLC數據。監視站通過雙網卡，滿足讀取PLC只讀點的數據動態顯示，并與油田信息網接入，實時發布只讀點信息。
2)泵狀態檢測硬件構成如圖2所示：
FAS站是S8100機泵群在線狀態監測系統的重要組成部分，負責完成現場傳感器的供電、信號采集和處理，并采用RS485通訊協議與通訊。FAS站采用防爆設計，可以安裝在危險環境中[2]。
輸油泵狀態監測系統Station8100相對獨立，實時監測泵軸承振動、溫度數據，一旦出現數據超標，立即給出報警，通過對振動數據的頻譜分析，可以分析判斷出機組振動超標的根源、故障的類型，從而保障機組安全運行。該系統同時提供數據的動態網絡發布，管理人員可以本地瀏覽器（IE）查看現場機泵的實時運行狀態數據，得到機泵的實時運行信息[4]。
2.4 信息化建設中軟件功能
1）上位機和PLC系統軟件構成
系統軟件包括PLC下位機控制軟件和上位機組態軟件兩部分，下位機主要完成數據采集、流程切換控制、狀態監測、故障報警、連鎖保護等功能。上位機主要完成分類流程畫面、數據動態監視、數據歷史查詢、報表自動生成、運行參數的高級應用等。PLC運行控制軟件為OMRON公司編程軟件CX-PROGRAMMER4.0，上位機組態軟件采用國產三維力控組態軟件[1]。上位機通過以太網（ETHNET）方式直接與PLC進行通訊。
2）上位機實現的功能
①通過組態，把各種現場需要操作的指令，比如開關閥門、啟停泵、啟停熱媒爐、流程切換等傳送到下位機控制器里，然后由控制器控制現場的相應設備，進行動作，完成相應任務[5]。
?、谠O置各種報警參數，比如說是進站壓力上下限、大罐液位上下限、泵電壓上限等需要報警的參數的限值，這樣當這些參數超過設定值時，上位機就會報警，提示操作人員去進行相關的檢查或操作。
③關鍵參數的歷史和實時趨勢曲線顯示，比如熱媒爐溫度曲線、進出站壓力曲線、外輸泵壓力曲線。
④結合勝利油田“源頭數據”建設要求，通過上位機軟件，自動生成班報、日報等，并滿足手動數據的錄入，如含水密度等參數。
3）上位機功能模塊如圖3所示
4）下位機（PLC）完成功能
通過各功能模塊與現場儀表線的聯接，完成模數轉換（A/D），狀態量（DI）的采集，輸出點（DO）控制，高速脈沖的計數（PI），以及通訊模塊的數據轉換等底層數據的處理，并完成生產常規流程的控制和自動運行。
5）泵狀態檢測軟件系統[2]：
S8100系統是專用檢測振動軟件系列之一，以SQL Server2000為后臺數據庫，并滿足網絡發布功能，以它主要提供包括棒圖、波形圖、頻譜圖、趨勢圖等）。以下為網絡瀏覽時的畫面。
6）泄漏檢測系統[3]
長輸管道泄漏檢測系統，由我公司自主開發的應用軟件，主要利用負壓波法和流量“實時”對比法進行檢測。負壓波主要用于泄漏點的定位，流量采集用定量分析管道的泄漏情況。永安輸油站主要作用是“實時”采集進出口壓力和流量計讀數，通過網絡將數據送到三級調度進行專職人員的監視和分析。
3 經驗交流
1)同信號多采集解決方法
由于泄漏檢測系統對信號采集要求較高，對進出壓力信號采集頻率在100HZ左右，同時對流量脈沖信號以每5秒累計計算出瞬時流量。如果利用PLC采集結果通過通訊方式與泄漏檢測系統連接，對壓力波的捕獲和流量動態對比上很容易產生不可預計的時間差，使泄漏檢測系統增加誤報或漏報的概率。通過硬件接線的現場應用，解決了同信號多采集的問題。對進出站壓力（儀表輸出4-20毫安）采用分信號辦法，即通過專用設備（帶隔離耦合）輸出兩路與輸入相同的信號，分別滿足PLC系統和泄漏檢測系統的采集要求。對流量脈沖信號，由于輸出是12伏的電壓信號，直接對該信號進行并聯采集即可。缺點是增加了投資和設備，優點是完全滿足了不同系統的應用要求。
2)智能電量采集模塊的現場接線法
本次信息化建設屬于改造工程，一方面要滿足改造前的生產運行方式，另一方面要將生產“數字化”信號全部納入信息系統。在智能電量采模塊的接線中，主要對低壓配電接線進行改造，并同時滿足原模擬表的正常顯示和智能模塊的正常工作。在智能模塊技術人員的指導下進行安裝后，模擬表正常顯示，智能表電流數字信號出現近15安培的偏相。對于三相交流大型電機，這種偏相電流很容易造成相間電流的產生，對電動機工作十分不利。但原模擬表只有兩相電流的顯示，無論是線電流還是相電流，總與智能模塊的電流數字信號不相符合。通過對智能模塊的接線方式進行了重新認識，發現了問題所在，即電壓采集與原信號并聯，電流采集與原信號串聯，并與廠方技術人員進行了核實與交流，查出了故障。接線前如圖4所示，錯誤接線如圖5所示，正確接線如圖6所示。圖5與圖6的差別正是電流的串聯與并聯的關系，這正是導致電流不平衡的原因。
3)干擾信號的處理與儀表供電問題的解決
在進行熱媒系統改造時，原控制系統自成體系，但重點參數不能引入PLC系統和數據網絡發布。根據原數顯儀表的特點，將該儀表的輸出（4-20毫安有源輸出）直接引入PLC系統時，發現輸出信號時斷時續，波動較大。結合隔離安全柵的工作特性，對每路輸出加裝安全柵，輸出信號穩定并與原數顯信號動態變化相差0.4%，達到設計要求，滿足了重點參數的動態發布。在PLC系統中，設置兩臺24伏（5A）直接電流，一臺專給PLC模板供電，另一臺對20多臺現場儀表提供電源。如果直接對現場同時供電，容易造成24伏電源由于加電瞬間電流過大而自保護，并且也不便于儀表的維護與檢修。結合以前的改造經驗與要求，增加7只開關，采用分批逐步供電的方式，以保證在系統掉電后現場儀表的正常供電。通過近一年半的運行，系統工作正常。
4 工程總結
永安輸油站信息化管理系統建設的總體目標是應用目前先進、可靠的測控儀表及PLC控制系統，實現整個生產過程的自動控制、報警、連鎖，實現輸油系統優化運行、遠程督導等功能，使生產、調度和安防實現自動化、網絡化、信息化，從而提高輸油站庫的生產管理水平。
1）通過系統建設，使輸油系統傳遞、運行控制成為有機的生產管理系統。通過對生產運行參數的實時采集，實現生產流程重點閥門的開/關/閥位的遠程控制，實現油罐液位溫度的動態監測，實現輸油泵的狀態檢測，實現管理、控制、信息一體化。
2）提高該站安全管理水平。PLC系統能在第一時間捕捉各種可能引起事故的早期信息并提前報警，在中央控制室發出預告，如油氣混合濃度超標報警、外輸油溫過低、局部生產管網壓力過高等信息，對站內出現的任何報警都馬上掌握，提前做好相應準備，及時處理。并對重點現場和全站提供視頻監視。
3）進一步提高了該的信息化管理水平。中央控制室對站內重要信息如安全、生產、油進出庫情況全面掌握。站內泵房崗、熱媒爐崗等原油傳送相互關聯的崗位提供實時生產信息，為生產管理者提供詳實可靠的原始、實時數據，并通過編制的優化運行、經濟效益分析等軟件，為決策者的決策提供參考和依據。
4）生產運行報表自動生成，保證了“源頭數據”的及時性和正確性。通過上位機應用軟件，將生產過程中原來依靠人工巡檢、記錄、判斷的眾多參數匯總到PLC控制系統，通過上位機軟件自動生成管理運行大表，消除人為主觀影響，提高運行記錄的可信度，并極大地提高設備運行率和降低工作人員的勞動強度。
結束語：
通過該站信息化管理建設，初步建立了管道和站庫聯合運行效率分析機制，提高管道運行效率，進一步完善了熱媒爐控制系統。通過安全系統和設備在線監測系統的建立，提升了故障診斷分析技術，將原設備事后維修體系轉變成了以預防為主的維修體系，并提供動態參數的網絡發布，為各級生產管理人員和精細化管理提供了有力的保障和基礎，同時為其它輸油管道及站庫的信息化管理奠定了理論和實踐經驗。通過本工程建設的總結交流，借此拋磚引玉，懇切希望專家予以指正。
參與文獻：
[1]馬國華《監控組態軟及其應用》清華大學出版社，2001年。
[2] 韓捷 張瑞林等《旋轉機械故障機理及診斷技術》機械工業出版社，1996年
[3]常貴寧 劉吉東《工業泄漏與治理》石油大學出版社，2001年。
[4]張志檁《實時數據庫原理及應用》中國石化出版社，2001年。
[5]溫鋼云 黃道平《計算機控制技術》華南理工大學出版社，2002年。
作者簡介：謝孝宏（1975－），男，四川達州人，工程師，1998畢業于湖南科技大學工業電氣自動化專業。
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