1 引言
油田聯(lián)合站是原油生產(chǎn)過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)之一，是集原油脫水、原油穩(wěn)定、污水處理、高壓注水、油井摻水拌熱、原油儲(chǔ)運(yùn)等工藝于一體綜合生產(chǎn)廠點(diǎn)，是油田“一級(jí)防火，甲級(jí)防爆”連續(xù)生產(chǎn)的要害單位，其生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)與監(jiān)控不僅直接關(guān)系到成品原油的產(chǎn)品質(zhì)量、關(guān)系到設(shè)備的能耗大小，更重要是決定著生產(chǎn)過(guò)程的安全平穩(wěn)運(yùn)行及原油生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
2 設(shè)計(jì)思路與技術(shù)解決方案和途徑
2.1 總體設(shè)計(jì)思路
光纖傳感與控制技術(shù)在油田聯(lián)合站的應(yīng)用研究項(xiàng)目，就是運(yùn)用光纖傳感技 術(shù)具有:
（1） 實(shí)現(xiàn)非電檢測(cè)，真正本質(zhì)安全、防爆;
（2） 實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)，無(wú)污染、高絕緣性;
（3） 抗電磁干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)精度高等特點(diǎn)。
武漢工大光纖傳感科技股份有限公司成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)光纖系列產(chǎn)品、及與河南油田共同研制開(kāi)發(fā)的三種新型光纖傳感器作為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用傳感器的主導(dǎo)，配套先進(jìn)的壓力、溫度傳感器和當(dāng)今國(guó)際流行的分布式計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)組成先進(jìn)、完整的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，改善全站的生產(chǎn)和安全管理現(xiàn)狀、提高生產(chǎn)管理水平、提高本質(zhì)安全，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度;為油氣集輸生產(chǎn)現(xiàn)代化管理創(chuàng)出了一條新路。
2.2 項(xiàng)目總目標(biāo)
（1） 聯(lián)合站油、水、氣處理系統(tǒng)采用先進(jìn)光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程多項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、控制、顯示、報(bào)警;
（2） 注水罐，原油儲(chǔ)罐采用光纖液位計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，高位報(bào)警;
（3） 原油外輸自動(dòng)檢測(cè)、控制、報(bào)警;
（4） 站內(nèi)實(shí)現(xiàn)管理、控制一體化、智能化;
（5） 建立生產(chǎn)控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)的快速實(shí)時(shí)通訊，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口;
（6） 安全管理達(dá)到中石化股份公司安全管理規(guī)范要求;
（7） 實(shí)現(xiàn)站、廠、局計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。
2.3 主要研究?jī)?nèi)容
（1） 原油三相分離器油、水液面自動(dòng)檢測(cè)、控制;
（2） 原油三相分離器天然氣壓力自動(dòng)檢測(cè)、控制;
（3） 原油穩(wěn)定塔液面檢測(cè)、控制、報(bào)警;
（4） 輕油罐液面自動(dòng)檢測(cè);
（5） 注水罐、原油儲(chǔ)罐液位自動(dòng)檢測(cè);
（6） 原油儲(chǔ)罐液位高位自動(dòng)報(bào)警;
（7） 原油儲(chǔ)罐溫度自動(dòng)檢測(cè);
（8） 油井摻水系統(tǒng)自動(dòng)控制;
（9） 原油長(zhǎng)輸管線壓力、溫度自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警;
（10） 原油外輸平穩(wěn)輸油自動(dòng)控制;
（11） 三相分離器溫度自動(dòng)檢測(cè);
（12） 井排來(lái)油溫度檢測(cè);
（13） 消防系統(tǒng)水壓檢測(cè);
（14） 聯(lián)合站集中監(jiān)測(cè)、顯示系統(tǒng):
2.4 技術(shù)方案與解決途徑
（1） 將光纖傳感技術(shù)引入聯(lián)合站
將光纖傳感技術(shù)引入聯(lián)合站，就是運(yùn)用光纖傳感技術(shù)具有:實(shí)現(xiàn)非電檢測(cè)，真正本質(zhì)安全、防爆;實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)，無(wú)污染、高絕緣性、抗電磁干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)精度高等特點(diǎn)，解決原油儲(chǔ)罐液位檢測(cè)和報(bào)警，解決儲(chǔ)罐負(fù)壓檢測(cè)和報(bào)警，解決原油流量檢測(cè)和信號(hào)遠(yuǎn)傳，解決三相分離器油、水液位檢測(cè)與信號(hào)遠(yuǎn)傳。
（2） 研制和開(kāi)發(fā)相應(yīng)的光纖傳感器
由于光纖傳感產(chǎn)品進(jìn)入油田聯(lián)合站很晚，目前還談不上規(guī)模化應(yīng)用，因此現(xiàn)在成熟光纖傳感器無(wú)法全面滿(mǎn)足聯(lián)合站檢測(cè)的需要。要完成項(xiàng)目研究的技術(shù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的總目標(biāo)，就必須結(jié)合聯(lián)合站工藝過(guò)程檢測(cè)具體工況，研制和開(kāi)發(fā)相應(yīng)的光纖傳感器。
（3） 開(kāi)發(fā)光纖浮球液位變送器
開(kāi)發(fā)用于油、氣、水三相分離器油、水液位檢測(cè)的光纖浮球液位變送器，用以替代現(xiàn)在用的氣動(dòng)儀表，解決傳統(tǒng)氣動(dòng)信號(hào)在傳輸過(guò)程中堵、漏、凍現(xiàn)象，提高控制的快速性、檢測(cè)和控制的可靠性。
（4） 開(kāi)發(fā)光纖流量計(jì)量?jī)x
應(yīng)用容積式流量檢測(cè)原理采用光纖轉(zhuǎn)換和傳送方式實(shí)現(xiàn)原油流量檢測(cè)與遠(yuǎn)傳，解決傳統(tǒng)電動(dòng)儀表因傳送距離長(zhǎng)抗干擾能力低的問(wèn)題，避免強(qiáng)干擾下，檢測(cè)系統(tǒng)的誤操作。
（5） 開(kāi)發(fā)儲(chǔ)罐光纖負(fù)壓報(bào)警器
解決原油儲(chǔ)罐負(fù)壓檢測(cè)與報(bào)警問(wèn)題，可有效預(yù)防因呼吸閥堵塞，造成負(fù)壓癟罐事故的發(fā)生。
（6） 油井摻水系統(tǒng)自動(dòng)控制和原油外輸平穩(wěn)輸油自動(dòng)控制
運(yùn)用變頻器與壓力檢測(cè)構(gòu)成閉環(huán)回路，確保機(jī)泵在高效經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，降低設(shè)備維護(hù)率，提高設(shè)備使用壽命。
（7） 生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站生產(chǎn)
采用目前國(guó)際上非常流行的分布式控制技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站生產(chǎn)、安全實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，并將聯(lián)合站實(shí)時(shí)的生產(chǎn)和安全信息聯(lián)入油田開(kāi)發(fā)網(wǎng)和安全信息網(wǎng)，為油田經(jīng)營(yíng)管理層的決策工作提供及時(shí)、全面、準(zhǔn)確的信息資源。
3 光纖傳感與控制技術(shù)在聯(lián)合站的應(yīng)用
3.1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
在系統(tǒng)組成上，現(xiàn)場(chǎng)一次儀表采用光纖傳感器、本安型壓力變送器和溫度傳感器，控制系統(tǒng)運(yùn)用當(dāng)今較為先進(jìn)的“整體解決方案”技術(shù)，為了進(jìn)一步提高增加系統(tǒng)全面性、可靠性、穩(wěn)定性和安全性，在軟件設(shè)計(jì)上運(yùn)用國(guó)際上流行的MVC技術(shù)，即將表示層、控制層、及數(shù)據(jù)層相分離，三層相輔相成，在使用上很直觀地體現(xiàn)出了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、監(jiān)控級(jí)、工程師及操作員級(jí)、企業(yè)管理級(jí)多級(jí)工作方式，實(shí)現(xiàn)真正的工廠綜合自動(dòng)化理想平臺(tái)、真正的流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制，優(yōu)化調(diào)度和管理模式。
（1） 系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)由外輸控制站、內(nèi)輸控制站（三相分離和穩(wěn)定控制站）、總控站、原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)、事故預(yù)案管理等幾部分組成，其中外輸控制系統(tǒng)、內(nèi)輸控制系統(tǒng)與總控部分以及原油罐區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)具有相對(duì)的獨(dú)立性，又有著密切的聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。
事故預(yù)案管理在結(jié)合全站安全管理規(guī)定和以往處理事故的一些經(jīng)驗(yàn)做法的基礎(chǔ)上，以文本文件形式將其安裝在系統(tǒng)畫(huà)面中，用來(lái)指導(dǎo)和幫助操作工人在緊急狀態(tài)下快速準(zhǔn)確操作處理。
（2） 系統(tǒng)特點(diǎn)
a） 高精度測(cè)量，本安防爆;
b） 開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，可以提供多層的開(kāi)放數(shù)據(jù)接口;
c） 有較高的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，維修方便、工藝先進(jìn);
d） 豐富的全漢字圖形
豐富的全漢字圖形,復(fù)雜漂亮的界面，運(yùn)用了動(dòng)畫(huà)技術(shù)、圖形縮放技術(shù)、多級(jí)窗口技術(shù)、各種數(shù)據(jù)、曲線、棒圖等的實(shí)時(shí)顯示;
e） 支持各種生產(chǎn)報(bào)表和圖形打印功能;
f） 豐富的歷史記錄、報(bào)警記錄和事故追憶分析功能;
g） 強(qiáng)大的系統(tǒng)逐級(jí)自診斷功能與故障報(bào)警功能;
h） 在管理層采用標(biāo)準(zhǔn)的100Mbps以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議），應(yīng)用局域網(wǎng)將聯(lián)合站與油田的開(kāi)發(fā)網(wǎng)、安全信息網(wǎng)直接相連。
3.2 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
（1） 液位控制精度 ±5 cm;
（2） 壓力控制精度 ±2kPa;
（3） 大罐液位檢測(cè) ±2mm;
（4） 溫度檢測(cè) ±2℃;
（5） 歷史數(shù)據(jù)保留 7天;
（6） 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò) ∠0.5‰。
3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（1） 控制系統(tǒng)硬件配置
本系統(tǒng)下位機(jī)PLC選用日本歐姆龍株室會(huì)社的C200Hα系列機(jī)。SYSMAC α系列PLC是OMRON公司繼C200H和C200HS后推出的新一代C200系列的PLC產(chǎn)品。其宗旨是為了滿(mǎn)足高水平的生產(chǎn)自動(dòng)控制需要，在不減弱PLC功能的同時(shí)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，改進(jìn)通訊功能，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加速向數(shù)據(jù)化工廠的方向邁進(jìn)。與傳統(tǒng)的C200H和C200HS系列的PLC相比，SYSMAC α系列PLC除了基本性能得到提高以外，它主要在通訊和數(shù)據(jù)處理方面作了大幅度的提高和改進(jìn)，為控 制與管理一體化的控制系統(tǒng)提供支持，代表著當(dāng)今PLC的發(fā)展方向。
總之，它是一種價(jià)格適中、性?xún)r(jià)比較高的中型機(jī)，配有較強(qiáng)的指令系統(tǒng)，梯形圖與語(yǔ)句并重，增加了許多特殊指令，極大地方便了用戶(hù)的編程。此外，它還配備了豐富的特殊模塊和強(qiáng)大的通訊模板，以實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的多級(jí)要求。本系統(tǒng)采用的C200Hα型系列PLC為機(jī)架安裝型，各種I/O單元、特殊功能模塊、通訊板卡、CPU、電源單元均安插在一塊底板上，并根據(jù)其所占用的槽位占用不同的內(nèi)存單元。它的用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)為7.2K字，I/O分配有兩個(gè)I/O擴(kuò)展機(jī)架，最大控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)1140點(diǎn)，其基本指令執(zhí)行時(shí)間為0.313微秒，特殊指令執(zhí)行時(shí)間為1.250微秒，完全能滿(mǎn)足過(guò)程控制的需要。它支持多種特殊I/O單元和通訊模板，可以方便地與上位機(jī)IPC、同位機(jī)PLC及遠(yuǎn)程I/O單元通訊，使用方便。本系統(tǒng)的PLC選型如附表所示。
（2） 控制系統(tǒng)軟件
編程軟件:SYSMAC-CPT（英文版） SYSMAC-CPT是OMRON公司開(kāi)發(fā)的基于WINDOWS95/98操作平臺(tái)上的梯形圖編程工具。它用于在普通個(gè)人電腦上編制PLC梯形圖程序，并將程序通過(guò)串口下傳至PLC，在線監(jiān)控PLC運(yùn)行以及各寄存器的狀態(tài)，對(duì)PLC進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置。它支持梯形圖和助記符兩種方式，可相互轉(zhuǎn)換，使用極為方便。具體的各單元模塊及地址分配見(jiàn)各臺(tái)PLC的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)部分。
4 結(jié)束語(yǔ)
光纖傳感與控制技術(shù)在油田聯(lián)合站應(yīng)用研究項(xiàng)目，通過(guò)研究與實(shí)施，消除了安全隱患，提高了聯(lián)合站安全、自動(dòng)化管理水平，節(jié)能降耗效果明顯，在油氣集輸處理場(chǎng)站具有較好推廣價(jià)值。
（1） 首次將光纖傳感與控制技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用于油氣處理和集輸工藝中
利用光纖技術(shù)所獨(dú)具高精度、非電非接觸式檢測(cè)等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了魏崗聯(lián)合站多點(diǎn)多參數(shù)全天候自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控，使站內(nèi)管理控制達(dá)到一體化、智能化;
（2） 開(kāi)發(fā)研制的三種新型光纖傳感器
儲(chǔ)罐負(fù)壓報(bào)警器、光纖流量計(jì)量?jī)x、光纖浮球液位計(jì)，屬?lài)?guó)內(nèi)首次研究應(yīng)用，其性能良好、運(yùn)行可靠，大大削減易燃易爆場(chǎng)所安全風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了聯(lián)合站本質(zhì)安全管理水平;
（3） 經(jīng)濟(jì)效益顯著
該系統(tǒng)確保了集輸設(shè)備、注水、摻水設(shè)備在高效經(jīng)濟(jì)區(qū)平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，改善了機(jī)泵運(yùn)行工況環(huán)境，減少設(shè)備損壞率，實(shí)現(xiàn)多崗合一，降低了油氣集輸處理人工成本;
（4） 自動(dòng)化程度高
生產(chǎn)異常及時(shí)報(bào)警，全過(guò)程參數(shù)自動(dòng)采集、自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度;
（5） 引進(jìn)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控
遠(yuǎn)程監(jiān)控為各級(jí)決策層了解易燃易爆場(chǎng)所安全生產(chǎn)信息提供了實(shí)時(shí)依據(jù)，為生產(chǎn)異常情況處理分析提供依據(jù)。
