Plc在石油储运自动化系统中的应用.docx

Plc在石油储运自动化系统中的应用.docx

《Plc在石油储运自动化系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Plc在石油储运自动化系统中的应用.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Plc在石油储运自动化系统中的应用

摘要

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器。

随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC,变频器,人机界面自动化器件来控制,因此自动化程度越来越高。

石油储运控制系统使用了PLC控制，被控对象是油罐车和各种石油储存设备，属于自动循环控制系统，该系统能安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。

本次设计介绍了FX2NPLC控制石油储运自动化系统的基本步骤和方法，并分析了石油储运自动化国内外发展的现状。

基于于PLC的性能优越，兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，所以文中运用了plc作为中央控制器，并且结合了组态王软件，形成了对复杂的石油储运系统的有效控制，不仅提高了工作效率，而且实现了储运系统地完全自动化。

该控制系统，根据实际要求利用PLC的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，在本次论文中给出了控制系统的梯形图及软件设计等。

关键词：

可编程序控制器计算机技术石油储运

Summary

Withthefastdevelopmentofmicroelectronicsandcomputertechnology,thePLClogiccontrolextendedfromtheswitchtodigitalcontrolandproductionprocesscontrolfield,andtrulybecomeacomputerindustrialcontroldevice,itisreferredtoasprogrammablecontrollers.Moreandmorefactorieswithmodernindustrialequipment,automationequipmentwithPLC,inverter,HMIautomationdevicestocontrol,sohigherandhigherdegreeofautomation.OilstorageandtransportationcontrolsystemusingPLCcontrol,waschargedwithtargetingtankersandoilstoragefacilitybelongingtoautomaticloopcontrolsystem,safeandreliableoperationofthesystem,automaticcomputermonitoring.

IntroducedtheFX2NthisdesignofoilstorageandtransportationautomationsystemofPLCcontrolproceduresandmethods,andanalysesthecurrentsituationofoilstorageandtransportationAutomationdevelopmentsathomeandabroad.BasedonYuPLCofperformancesuperior,bothcomputeroffeaturescomplete,flexibilitystrong,versatilitygoodandfollowingelectriccontactplayerscontrolsimpleeasy,maintenanceconvenient,doubleadvantages,sotextintheusinghasplcascentralcontroller,andcombineshasgroupStateKingsoftware,formedhasoncomplexofoiltransportationsystemofeffectivecontrol,notonlyimprovehasefficiency,andachievedhastransportationsystemtocompletelyautomation.

Thiscontrolsystem,basedonactualrequirementswithPLCcontrolandorderprocessingfeatures,completesystemcontrol,giveninthisstudyforcontrolsystemofladderdiagramandsoftwaredesign.

Keywords:

:

programmablelogiccontrollercomputertechnologyinoilstorageandtransportation

目录

第一章绪论1

1.1课题的背景意义1

1.2国内外石油生产储运自动化技术研究状况1

1.2.1国外石油生产储运自动化技术研究状况1

1.2.2国内石油生产储运自动化技术研究状况2

第二章总体设计方案4

2.1设计内容及要求4

2.2石油储运自动化系统工艺流程分析4

2.3方案设计6

第三章软件设计10

3.1plc程序设计方法10

3.2程序设计10

3.2.1plc程序设计的一般步骤10

3.2.2程序设计思路10

3.3石油储运自动化系统梯形图11

3.4石油储运自动化系统指令表13

第四章组态王6.53介绍15

4.1系统软件设计要求15

4.2组态王6.53介绍15

4.3组态监控模块的构成及其介绍17

4.4定义外部设备19

4.4.1定义外部变量20

4.4.2工艺流程模块22

4.4.3曲线图模块26

4.4.4报表模块27

4.5系统的调试与运行29

4.5.1系统硬件调试29

4.5.2系统软件调试29

4.5.3现场联动调试30

4.5.4监控系统运行效果30

第五章结论33

5.1本文的结论33

5.2本系统未来的发展方向33

参考文献34

致谢35

第一章绪论

1.1课题的背景意义

随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。

电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。

在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。

控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。

一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。

石油储运是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于石油储运的运行，因此，石油储运性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。

石油储运能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。

所以，对石油储运控制系统的设计要予以重视。

1.2国内外石油生产储运自动化技术研究状况

1.2.1国外石油生产储运自动化技术研究状况

美国海湾石油公司于1954年10月，建成世界上第一套自动监控输送系统（Ledge-AutomaticControlTransmissionSystem，简称LACT）装置，解决了原油的自动收集、处理、计量、和输送问题。

自20世纪60年代末期以后，计算机及PLC（ProgrammableLogicController）技术已开始应用于油田联合站内的部分生产系统中，如Arco油气公司的IatanEastHoward油田将PLC用于注水控制，并很快发展到报警、泵控、撬装试井装置等其他领域。

随着集输工艺上的计量站的形成和联合站的产生，集散控制系统开始应用与联合站集输系统中代替常规仪表。

进入20世纪90年代，DCS的功能越来越强，工作效率越来越可靠。

随着通信技术的发展，SCADA（SupervisoryControlandDataAcquistion）即监控与数据采集系统越来越多地用于油田生产控制与管理中。

SCADA系统主要是面向操作人员的需要，也可以为多用途提供操作、计算、管理和经营等功能。

目前国外油田更是建立了从原油开采、存储、加工、销售全面监控的自动化系统，将自动化监控系统上升到了现代管理的高度。

如：

英国石油公司建立的自动化监控系统可以根据监测到的地质情况自动控制油井的产量，保证地层原油达到最大采收率。

美国LUFKIN公司最近推出的PRC油井自动控制系统功能齐全，完全能够满足对油田抽油机井进行全方位测控的需要。

而且，美国油田甚至将原油销售过程中温度影响体积导致的销售差额都考虑、设置到自动化管理系统中，代表了当前世界的最高水平。

1.2.2国内石油生产储运自动化技术研究状况

国内油气田在自动化监控领域起步较晚，九十年代以来在长输管道方面、西部油田、海洋采油平台引进了一些比较先进的自动化设备和技术，在经过近十年的发展应用后也达到了集中分布式监控阶段，正向着网络化、智能化的现代企业自动化方向发展。

胜利埕岛油田海上采油平台的微机测控系统，是以SCADA监控系统为核心的自动化系统，该系统从平台的布局、功能、生产管理方式等实际出发，将系统设为三级。

它的软件主要是采用Honeywell公司开发的基于WindowNT环境下的SCAN3000监控系统，硬件主要是中心平台站和陆地中心站的工业控制计算机以及各卫星平台SLC500型可编程控制器组成的远程终端RTU。

该系统完成了采油平台生产参数和生产设备的遥测遥控，满足了生产需要。

新疆彩南油田是我国投入开发的第一个百万吨级自动化沙漠整装油田，它位于新疆准噶尔盆地东部，自然条件极为恶劣。

该油田建成一个两级SCADA计算机监控系统。

系统硬件全部采用贝克公司（美国BAKERCAC）的产品。

实现了采油井、采注计量站定时巡检、自动倒井计量、集中处理站数据监控、油气采集、信息采集及处理的全面自动化。

被誉为“世界一流，国内领先，是陆上油田开发的典范”，效益好、成本低的“高效开发油气田”。

吐哈油田从1992年开始相继建立了鄯善、温吉桑、丘陵三大主力油田的自动化监控系统。

该系统紧密配套油藏工程、采油工程、油气集输工程、轻烃回收工程和水、电、通信、公路、消防等工程，系统复杂，功能齐全，在国内陆上油田尚无先例。

该油田地处人口稀少，环境恶劣，且系统的测控点多而分散，覆盖区域广，工艺过程参数的多样性且不稳定，形成的控制子系统多，为此在油气水集中处理的联合站采用大型TDC-3000或大型PLC集散控制系统，与分散的井站采用RTU“三遥”的远程终端装置构成分布式数据采集和就地控制的方法，通过无线或有线传输的结合融于NOVELL网中，而形成一体的合成系统。

系统内连接着27家国内外厂商的一万多台智能仪表，实现了井口计配站无人值守，自动监视生产状态并报警。

该系统目前运行安全可靠，年稳产原油300万吨，日处理天然气210万方，日产轻烃660吨，日产干气160万方，日注水22万方，日处理污水0.6万方，这些均由自动化系统控管，实现了产量连续三年翻番，节约人力2684人。

该项自动化工程投资3200万元，创效益2.9亿元,其投入产出比为1∶9，并锻炼出一支高水平的自动化开发应用队伍，被中国石油天然气总公司列为新技术推广示范工程。

虽然近年来，自动化监控技术己不再局限于管道和海上平台，而是开始迅速向陆上石油生产业延伸，但目前在全国油田范围内，安装了此类自动化设备进行油田生产自动化监控的井、站仍不到5%。

就现有的种种监控系统来看，它们分别使用了不同的仪表检测现场数据；硬件部分则有的全部采用国外的成套产品，有的利用不同型号的单片机或PC机及多种模块芯片组装而成；上位机的HMI管理系统就更是通过各种应用软件编写实现，完成各自所需的监视管理功能。

但它们也或多或少存在着诸如对生产过程和设备状态参数的选择不合理；检测方法误差严重，检测次数少，不利于及时发现现场设备存在的问题；下位机采集速度慢，达不到实时要求；上位机分析处理手段欠缺，很多情况下，不能对数据进行局部细微的分析，难以让工程技术人员准确的掌握第一手资料。

从国内油田监控系统的发展过程和今后的发展趋势来看，远程监控技术越来越多的应用到油田监控系统当中，而且必将向油田的网络化和数字化方向发展。

第二章总体设计方案

2.1设计内容及要求

本课题的主要设计内容有：

确定石油储运控制系统的总体设计方案；确定设备元件在储运系统现场分配位置，确定PLCI/O元件，列出PLCI/O元件分配表；设计石油储运控制系统的PLCI/O接线图，PLC程序和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示程序等），组态王软件仿真。

设计题目：

PLC在石油储运自动化系统中应用

1.熟练掌握PLC的指令系统，学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。

2.通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。

学会时序控制程序的设计和调试方法。

3.学会PLC输入/输出点的分配、接线。

对PLC有系统的了解。

4.利用PLC来达到自动送料的功能，减少人力的消耗。

为生活工作提供便利。

2.2石油储运自动化系统工艺流程分析

石油储运自动化系统主要包括油罐车运油、脱水、加热、污水处理四大系统,担负原油脱水、供热、污水处理、等生产任务。

各系统工艺流程复杂,对各种数据要求准确性高。

Plc自动化控制系统能够满足其生产要求,提高了产品质量,保证了生产安全,确保了计量数据的准确性,降低了工人的工作强度,减少了能源的消耗。

它的主要任务是将油井中采出的油、气混合物收集起来，经初步处理后输送到用户或储存。

要完成这项工作，一系列的生产设备是必不可少的，如油气分离器、脱水器、加热炉、原油外输泵、储油罐、输油管道等。

由于原油里面的杂质比较多，除了水、气以外，还含有一些其他有害化学成分，如硫、氢氧化钾、盐等。

另外，生产中有些油井没有安装井口过滤器，原油中还含有很多机械杂质与固体物。

这些成分的存在，会给运行的设备、管道造成一定的腐蚀和冲蚀，引起设备穿孔、泄漏、跑油，甚至导致火灾事故的发生。

因此，加强原油集输设备、设施的安全管理，掌握石油储运的基本知识，这对石油的安全生产有着非常重要的意义。

原油的油水分离过程有自然沉降脱水、化学脱水、机械过滤脱水、电脱水

等多种方法。

目前我国石油储运系统普遍采用的是沉降脱水、电脱水、电化学联合脱水等方法。

石油储运系统主要包括油罐车拉油卸车、原油脱水、原油储存、装车功能。

1）罐车拉油卸车：

设1个卸车位，卸车加热，每个卸车位设DN25热水头，对油温低的卸油槽加热，保证油自流进零位罐。

零位罐内设加热盘管升温至20℃。

设卸车提升泵2台，可将零位罐的含水油和含油污水分别输到三相分离器和污水处理系统进行处理。

2）原油脱水：

采用三相分离器和大罐热化学沉降两端脱水工艺。

一段脱水：

进站高含水原油先进三相分离器进行一段脱水，脱水温度约为35℃，停留时间约为34分钟，三相分离器出口含水达20%一下；

二段脱水：

从三项分离器出来的原油经换热器与95℃热水换热升温值50℃，进沉降罐进行二段沉降脱水，脱水沉降时间在24h以上。

沉降罐出口原油含水小于0.5%。

3）储存：

储罐容量500

3座。

按单层系处理量装车外运考虑，存储时间为3-6天。

4）成品油装车外运：

设装车泵2台，单台装车为

/h，装车鹤位3个。

工艺流程

1、卸油流程

2.伴生气流程

3、排污流程

（a）原油排污

（b）大罐排污：

4.油罐车运油系统流程图

2.3方案设计

1.根据控制目的和要求，经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案：

以FX2NPLC为核心，完成对输入输出点的控制。

监控系统通过MODBUS通信协议与PLC进行I/O点的通信。

石油储运工作示意图如下图所示。

石油储运工作示意图1

1.石油储运系统现场设备说明

内容

各设备相关说明

阀门

安装在零位罐原油进出口和三相分离器出口端，沉降罐末端共计7个。

用来控制零位罐与三相分离器里边的原油储量和脱水

油泵

分别安装在零位罐出口端（泵1）和储油罐出口端（泵2），共计4个，两备两用。

泵1将零位罐含水油和含油污水分别送到三相分离器和污水处理系统；泵2可将储油罐成品油装车外运并且将沉降罐中产生的污水送到污水处理系统

三相分离器

安装在泵1出口端。

用来处理泵1输送上来的原油，对原油进行一段脱水处理（含污水处理）、天然气分离并输出经处理原油

储油罐

位于处理系统末端,共计3个。

用来存储成品石油，并向外运油罐车提供石油

原油沉降罐

位于储油罐上端。

对原油进行二段脱水处理

换热器

位于沉降罐上端。

对从三相分离器出来的原油进行升温，防治原油固化，

天然气调压除油器

安装在天然气处理末端。

对天然气里边含有的少量原油进行提取，并将有害气体送至锅炉处理

卸油零位罐

安装在卸油槽下端。

用于临时储油和对原油升温

温度变送器

安装在卸油槽，零位罐换热器内部，用来实时检测油料温度

流量计

安装在卸油槽管道和油泵2出口处，各一个。

实现油料计量功能的仪表

锅炉

安装在换热器旁边。

对有害气体进行处理，给换热器提供温度

污水液位传感器

分别安装在泵1，泵2和三相分离器里边。

将检测到的污水液位信息传送给plc处理

天然气浓度检测传感器

分别安装在三相分离器两端。

将检测到的浓度信号传给plc处理

2.根据控制要求，使用专用编程软件，编写PLC控制程序，控制程序包括启动、停止按钮、数据采集等。

本储运系统的I/O点分配如下：

输入点

输入点作用

输出点

输出点作用

X0

启动按钮SB0

Y0

石油储运系统启动

X1

停止按钮SB1

Y1

石油储运系统停止

X2

后退限位开关SQ1

Y2

后退装油

X3

前进限位开关SQ2

Y3

前进卸油

X4

三相分离器液位传感器

Y4，Y5

三相分离器，阀5阀6开启

X5

卸油槽液压上限传感器

Y6，

阀1，阀2开启

X6

进油口流量信号

Y10

进出口流量差值太大报警

X7

零位罐温度下限变送器

Y12

零位罐加热器加热

X10

零位罐温度上限变送器

Y11

加热器自动断电

X11

零位罐液位下限传感器

Y13

阀3阀4关闭

X12

零位罐液压上限传感器

Y14，Y16

阀3阀4，泵1开启

X13

污水液位传感器1

Y20

污水处理器起/停

X14

天然气浓度检测传感器1

Y21

天然气除油器起/停

X15

换热器温度传感器

Y23

换流器升温

X16

出油口流量信号

Y22

进出口流量差值太大报警

X17

污水液位传感器2

污水处理器起/停

X20

污水液位传感器3

污水处理器起/停

X21

污水液位传感器4

污水处理器起/停

X22

天然气浓度检测传感器2

Y21

天然气除油器起/停

X23

Y7

阀7开/关

X24

Y15

油泵2启动装车

PLC石油储运油罐车运油接线示意图如图

第三章软件设计

3.1plc程序设计方法

plc程序设计的方法主要有：

经验设计法，继电器控制电路转换梯形图法，顺序控制法，逻辑设计法。

1.经验设计法：

经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。

这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。

2.继电器控制电路转换为梯形图法：

用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。

3.顺序控制设计法：

根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。

此法的关键是画出功能流程图。

4.逻辑设计法：

通过中间量把输入和输出联系起来。

3.2程序设计

3.2.1plc程序设计的一般步骤

1．绘制系统的功能图。

2．设计梯形图程序。

3．根据梯形图编写指令表程序。

4．对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。

调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

3.2.2程序设计思路

PLC运行时，通过特殊继电器产生初始化脉冲进行初始化，将温度，压力和液位设定值等存入数据寄存器，随后系统开始对温度，压力和液位采样，采样周期是17秒，（温度传感器，压力传感器和液位测量计）将采集到的各种数据转换为电流信号，电流信号在通过电缆线进入PLC，作为主回路的反馈值，经过plc主控制器运算产生输出信号，作为副回路的给定值。

现场控制启停开关通过中间继电器将启停信号传送至主控制器plc，plc经过整定计算与预先的设定值比较，输出电流信号控制电机的启停。

3.3石油储运自动化系统梯形图

3.4石油储运自动化系统指令表

第四章组态王6.53介绍

4.1系统软件设计要求

一个监控系统的监控软件的好坏，直接影响到整个监控系统的应用水平。

而从应用的角度，评价一个监控软件的标准大致有以下几个方面：

（1）功能完善。

监控软件是整个油田监控系统（包括所有设备）功能的集中和最后反映，一个符合具体需求且功能完善的监控软件能使监控系统的使用效果得到最大程度的发挥。

（2）运行稳定可靠。

对监控系统而言，要保证其数据的实时性和连续完整，就必须保证监控软件连续稳定正常地运行。

（3）界面友好。

操作人员和监控系统的交互是通过监控软件的界面进行的，能否把各种采集数据及控制按钮与生产工艺在界面上合理安排、能否使软件的各种功能操作简易明了十分重要。

一个界面友好的软件将缩短操作员培训时间、提高操作效率和舒适程度、减少操作出错的可能。

（4）实时性好。

监控软件能不能在尽量短的时间内反映所有被测参量数值发生的变化及执行要求的操作，对监控系统来说是一个重要方面。

（5）通用性好。

为了便于以后的维护和更新中心站的设备，监控软件必须在一些主流操作系统下都能顺利安装和运行，对计算机硬件没有特殊要求。

（6）扩展性好。

扩展性好包括两个方面的内容：

①当整个监控系统情况发生变动或容量增加时，监控软件能够在原来的基础上进行扩展；②监控软件能够提供标准的数据接口，便于和其它应用程序进行数据交换。

4.2组态王6.53介绍

基于对系统软件设计要求的分析，本系统软件设计采用北京亚控自动化科技有限公司的组态王Kingview6.53组态软件完成油田生产安全监控软件设计。

下面简单介绍一下组态王6.53。

（1）组态王6.53软件包

组态王6.53软件包由工程管理器ProjManager、工程浏览器TouchExplorer、画面开发系统TouchMak（内嵌于工程浏览器）和运行系统Touc