PLC技术在油田自动化安全保护系统中的应用

摘要：油田企业在构建油田自动化系统时用到的科学技术有多媒体技术、通讯技术等。这些技术的使用在监管油田的生产、输送等方面起到的作用是极大的，且在提高原油质量、加强输送效率及降低劳动强度等方面有着极大的作用。由于油田自动化生产的连续性较强，这使得生产过程存在极大的隐患，如果发生安全事故，那么就会给油田企业带来极大的损害。因此，油田企业必须要构建安全保护系统来保证自动化系统使用的安全性，从而确保油田的生产程序可以正常的运转。也只有构建油田自动化安全保护系统，才可以对油田自动化生产的安全性与高效性给予保证。

关键词：PLC技术；油田自动化；安全保护系统；应用

安全保护系统作为油田自动化系统的主要构成部分之一，在保障油田安全生产及重大工业事故的预防和遏制方面有着极为重要的作用。而可编程序控制器（PLC）在油田自动化安全保护系统中的应用，可以使安全保护系统具备更强的连续性与稳定性。文章分析了油田自动化安全保护系统的建设，并对油田自动化安全保护系统中PLC的应用进行了阐述。

1.油田自动化安全保护系统的建设

1.1油田自动化安全保护系统的构成

油田企业的自动化安全保护系统是由多种装置构成的，其中，最主要的是输入、输出单元与控制装置等。其中，输入单元的作用是对各种工艺参数、相关参数和故障源检测系统等进行设置；控制装置一般是由PLC、继电器组及集散控制系统中的顺序控制单元组成，其作用是根据输入开关的变化及一定的工艺要求进行相应的逻辑计算，并依据计算结果向输出单元的执行装置输出控制信号，以便对输出单元进行安全保护；而输出单元的主要组成部分是各种各样的电磁阀组与声光报警装置，部分自动化系统输出过程的实现也会利用到气动执行元件。

1.2系统故障的风险识别

油田的生产过程经常会使用易燃易爆的物质，因此为了确保生产过程中人员、生产装置的安全，油田企业需要构建自动化安全保护系统。油田生产过程中会遇到的安全风险大致可分为两个方面：①因生产系统自身存在的故障而产生的系统故障，例如压力异常产生的故障，液位控制环路出现的故障，集输管线破裂带来的故障及加热器温度控制环节出现的故障等；②因工艺系统以外的因素引发的事故，例如火灾、装备失效及爆炸等。

1.3安全保护系统的类型

按照系统故障与油田生产流程的控制要求，油田自动化系统需要建立三个独立又相互联系的系统：第一个是为了对油田生产过程进行调节和控制而建立的过程控制系统，这个系统的作用是如果油田的生产过程中部分工艺环节参数有异常波动产生而导致系统没办法平稳运行，就可以利用过程控制系统对其进行调节，从而其能够恢复到稳定值，以便满足工艺要求，并确保系统能够正常运行。第二个是为了解决工艺系统故障而建立的工艺过程关停系统，这个系统的作用是在过程控制系统出现问题，没办法对异常参数进行调节而导致参数超过整定阀值，而引起危险事故发生的时候，过程关停系统可以发出控制指令，对参数超过整定值的环节进行个别关停操作，并在此基础上开启相应的旁通系统，以便更好的对设备和人员进行保护。第三个是为了对工艺系统外因素引发的突发故障进行解决而建立的紧急关停系统，这个系统的作用是在过程关停系统也出现问题二没办法对局部进行关停操作或是出现爆炸、火灾、装备失灵等故障的时候，可以利用紧急关停系统对设备和站外井口采取关停操作，以便防止事故被扩大或对因事故而产生的损失进行控制。

2.油田自动化安全保护系统中PLC的应用

可编程序控制器（PLC）作为一种具备微处理器的控制器，其是由西门子公司在20世纪60年代末期开发研制出来的，而且在经过研究人员的改进后，又具备了更强的数据控制功能，且在控制逻辑顺序方面也有着独特的优越性，可以很好地运用在安全保护系统内。另外，PLC与继电器组形成的控制装置之间的区别就在于PLC的逻辑功能较强，灵活性较好，可靠性较高，且可以随意改变程序；而继电器组的功能就比较单一。

PLC的组成部分主要有中央处理单元（CPU）、通讯接口、I/O接口与存贮器。其中，CPU的作用是读取输入端信息，还要根据用户的需求来处理信息。存贮器可以分为两种，一种是存贮系统程序，另一种是存贮用户系统，生产厂家一般会将系统程序固定在ROM中，从而使PLC具有基礎智能，以便其能够实现不同方面的设计。用户程序的存贮则需要进行一定的功能设计，如果用户程序能正常应用，就需要对其进行改进。I/O接口的功能是接受信息，并传输信号，通讯接口在正常情况下使用的几率不是很大。

油田企业中安全保护系统所运用的PLC一般是中型模块式PLC，且正常情况下，其所使用的异步通讯接口要设有RS―422标准。为了对油田自动化安全保护系统的可靠性进行有效地提高，可以采用相应的方法对PLC进行冗余设置。油田自动化安全保护系统中PLC的作用一般是将其当成集散控制系统（DCS）的现场控制站，利用网关将其和DCS中的通讯网络进行直接连接，以使DCS的过程管理上位机可以对油田自动化安全保护系统进行直接的监管与控制。

利用PLC设计油田自动化安全保护系统时，必须要遵照的设计步骤有：一是要了解与之相关的依据工艺要求，并对工艺设备与工艺系统可能出现问题进行分析，以便采取一定的保护措施；二是对工艺仪表流程进行分析，以便寻找安全保护系统中传感器、泄压阀等装置的设计位置，而且要依据一定的研究结果来选择装置；三是按照工艺要求，设计系统装置结构图；四是通过研究系统中输入输出装置的点数，来计算PLC中I/O的点数，并按照系统抗干扰能力及通讯要求，来确定要使用的PLC型号；五是依照PLC的型号，设置I/O点，并制定I/O接线图；六是依据输入输出逻辑关系表与I/O接线图，对PLC梯形图进行设计。

3.结论与认识

安全保护系统作为油田自动化系统中的重要构成部分之一，在保障油田生产的安全及重大事故的预防与遏制方面有着极为重要的作用。而PLC最为如今使用较为普遍的控制系统，在油田自动化安全保护系统中也逐渐得到了应用，而且这对了解油田自动化安全保护系统的构成与作用，以及油田自动化系统的设计和维护方面有着极为特殊的意义。

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作者简介：

张摄，（1989年10月11日-），女，辽宁省彰武县人，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业毕业，助理工程师，目前从事变频器管理工作。