大中型站場集中監(jiān)控系統(tǒng)的探究

呂輝

（大慶油田第二采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，黑龍江 大慶 163000）

主題詞：集中監(jiān)控；可行性；設(shè)計；控制系統(tǒng)

隨著油田的不斷開發(fā)，新建的單井及站場數(shù)量在逐年增加，需要的人力資源越來越多，受人力資源宏觀調(diào)控的影響，不能大量招收油田用工，且由于人力成本的不斷增加，為避免過重的負(fù)擔(dān)，企業(yè)需要盡量減少用工數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致總體用工數(shù)量每年在遞減。

在這樣的新形勢下，通過優(yōu)化人力資源配置，降低用工成本，是提高油田開發(fā)整體效益的重要手段，實現(xiàn)大中型站場集中監(jiān)控是解決這一問題的有效途徑。

1 實現(xiàn)集中監(jiān)控系統(tǒng)的可行性

隨著自動化技術(shù)、通信技術(shù)及信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及通信系統(tǒng)無論從硬件方面還是軟件方面都取得了長足的進(jìn)步。安全性、可靠性、功能性均得到了極大的提高，這就使得聯(lián)合站集中監(jiān)控在技術(shù)上實現(xiàn)成為可能。

在過去的幾十年里，薩南油田一直在進(jìn)行自動化、信息化的建設(shè)和改造，聯(lián)合站無論是自動化檢測儀表、控制系統(tǒng)、以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，都已經(jīng)比較齊全，工作運轉(zhuǎn)可靠，能夠滿足油田安全生產(chǎn)的基本要求，為大中型已建站場實現(xiàn)集中監(jiān)控打下了堅實基礎(chǔ)。

2 集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計特點

2.1 建立現(xiàn)場采集部件，完善數(shù)據(jù)采集及可視化集成

數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)集中監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。如果把整個系統(tǒng)比作一個人，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是眼睛，如果采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)不正確，就會導(dǎo)致系統(tǒng)動作錯誤，造成嚴(yán)重后果，因此，如何設(shè)立數(shù)據(jù)采集點，如何保證采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，就變得極為重要，這也是整個系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)的一個重點和難點。

本次設(shè)計重點對數(shù)據(jù)采集這一環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入研究。首先，對四個崗位的常規(guī)檢測儀表進(jìn)行現(xiàn)場勘查，核實流量計的量程范圍、額定壓力以及壓力變送器的壓力范圍，溫度變送器的插入深度及量程等技術(shù)參數(shù)，通過分析技術(shù)管理臺賬和現(xiàn)場應(yīng)用效果，確實能夠正常使用并在使用年限范圍的檢測儀表我們進(jìn)行充分利舊，否則，進(jìn)行更新更換。其次，為滿足集中監(jiān)控的需要，增加了必要的數(shù)據(jù)采集點位分布。將各工藝節(jié)點主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸至中控室進(jìn)行顯示控制，員工可根據(jù)實際生產(chǎn)運行情況在中控室對各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)了信息集中、統(tǒng)籌分析、綜合調(diào)控，做到了合理建立現(xiàn)場采集部件，完善了數(shù)據(jù)采集及可視化集成。

2.2 設(shè)置控制系統(tǒng)架構(gòu)，滿足集中監(jiān)控要求

控制系統(tǒng)的設(shè)立是為了檢測與控制該站生產(chǎn)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。其中，閥門的開閉、泵的運行狀態(tài)、罐體液位、污水流量、供氣壓力和加藥系統(tǒng)信號的遠(yuǎn)程控制傳遞和處理是控制關(guān)鍵。對該站的生產(chǎn)監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制，工作人員只需在新建的中控室就可以完成。

根據(jù)目前順序控制系統(tǒng)和工業(yè)過程控制的主流趨勢和特性，我們采用SIEMENS S7-300 系列PLC 為核心控制器，加上工控機為一體的集散控制系統(tǒng)的設(shè)計想法。具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）各站控制系統(tǒng)架構(gòu)：①放水崗：本次改造在原有PLC 控制系統(tǒng)(1#遠(yuǎn)程I/O 控制柜)上擴容，對下位機進(jìn)行軟件調(diào)整，將上位機移入中控室內(nèi)，監(jiān)控信號經(jīng)過通訊設(shè)備上傳至中心控制室。②污水崗：a．將一次濾罐操作間內(nèi)已建反沖洗控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，對下位機進(jìn)行軟件調(diào)整；b．配電值班室內(nèi)新建控制系統(tǒng)(2#遠(yuǎn)程I/O 控制柜)1 套，將該站已建和新建儀表信號均引入新建控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了檢測、控制、顯示、報警等功能。③鍋爐崗(3#遠(yuǎn)程I/O 控制柜)、沉降崗(4#遠(yuǎn)程I/O控制柜)分別在原儀表盤位置新建PLC 控制系統(tǒng)各1 套，全部數(shù)據(jù)經(jīng)通訊設(shè)備上傳至中控室。④各站內(nèi)可燃?xì)怏w報警器報警信號，以區(qū)域為單位，輸出報警信號至現(xiàn)場控制單元，而后上傳至中控室。

（2）控制系統(tǒng)功能。根據(jù)《油氣田及管道工程計算機控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T50823）中心控制室設(shè)置3 套操作員站。負(fù)責(zé)對各崗進(jìn)行監(jiān)控和管理、存儲歸檔以及趨勢顯示，報表生成和打印，各崗設(shè)置PLC 控制系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制單元，完成所負(fù)責(zé)站場的數(shù)據(jù)采集、控制、聯(lián)鎖保護(hù)等任務(wù)，并向控制中心上傳有關(guān)數(shù)據(jù)。放水崗（已建控制系統(tǒng)）、污水崗（已建反沖洗控制系統(tǒng)）與中控室之間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纖通信方式。

（3）中控室控制系統(tǒng)的軟、硬件配置和功能。中心控制室：中心控制室由PLC 控制系統(tǒng)、操作員工作站、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備和打印設(shè)備組成。為提高系統(tǒng)的可靠性，操作員工作站配單用戶操作站控制軟件，中心控制室設(shè)服務(wù)器等設(shè)備和軟件。中心控制室的操作員站從各崗PLC 控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲。

操作員工作站功能：操作員站是人機界面的接口，操作員可以通過操作站對工藝生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制，可以在操作站上對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和管理。

為保證安全生產(chǎn)，中心控制室設(shè)置為雙電源供電，并確保重要設(shè)備由UPS 集中供電。同時，由于采用集中監(jiān)控后，測控點數(shù)量的大大增加，保證關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控，防止因硬件故障影響正常生產(chǎn)，對CPU 等模塊配備了冗余設(shè)置。

2.3 增設(shè)周界入侵報警，完善視頻監(jiān)控系統(tǒng)

周界入侵報警系統(tǒng)采用光纖振動報警系統(tǒng)。后端設(shè)備安裝在中心控制室內(nèi)，并同工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。傳感光纜在場區(qū)內(nèi)沿已建及新建圍墻上固定、敷設(shè)，對傳遞給光纜的各種擾動信號進(jìn)行實時監(jiān)控；當(dāng)有人或車輛非法侵入時，傳感光纜接收到擾動數(shù)據(jù)后，上傳到上位機系統(tǒng)平臺進(jìn)行報警，聯(lián)動攝像機對擾動方向進(jìn)行定位跟蹤，管理人員可根據(jù)監(jiān)控圖像對現(xiàn)場情況進(jìn)行確認(rèn)。

3 今后已建站場改造存在的問題

實現(xiàn)集中監(jiān)控后，中心控制室能夠?qū)Σ糠衷O(shè)備設(shè)施、工藝節(jié)點實現(xiàn)24 小時集中監(jiān)控，扭轉(zhuǎn)了對生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控的被動局面，便于對生產(chǎn)運行的集中調(diào)控，但今后已建站場改造依然存在困難和問題。

3.1 上位機系統(tǒng)平臺有待研發(fā)

上位機系統(tǒng)平臺包括站場級、中心級、管理級，這種自下而上的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還需繼續(xù)研發(fā)，中心設(shè)置一套集中監(jiān)控軟件系統(tǒng)平臺作為中心級上位機系統(tǒng)，包含系統(tǒng)管理軟件、大數(shù)據(jù)存儲庫，WEB 服務(wù)器、視頻管理系統(tǒng)等組件，和其下管理的轉(zhuǎn)油站子站點進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成大數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程操作、實時監(jiān)控預(yù)警、遠(yuǎn)程管理、生成報表、進(jìn)行統(tǒng)計、決策管理等功能。

3.2 事故處理機制有待完善

已建站場崗位分散，改為集中監(jiān)控模式后，人員集中，設(shè)備老化且故障較多，巡回檢查路線過長，如遇系統(tǒng)壓力不穩(wěn)等突發(fā)情況不能及時處理，就會出現(xiàn)以下問題。

（1）全站停電。此時，各種機泵無法運轉(zhuǎn)，來液無法外輸。由于目前的已建站場沒有合理的緩沖設(shè)備，突發(fā)事件會造成“三合一”或“四合一”等處理設(shè)備出現(xiàn)跑油和冒罐等事故，并且存在進(jìn)一步引發(fā)火災(zāi)的可能。

（2）站場內(nèi)部出現(xiàn)火災(zāi)及大量來液漏失。此種工況下，需要緊急停止各種動設(shè)備及加熱爐，整個站場關(guān)停?？赡墚a(chǎn)生的后果除可能引發(fā)冒罐及著火現(xiàn)象外，由于站場停止進(jìn)液，勢必導(dǎo)致計量間來液管線回壓升高并進(jìn)一步影響單井回油管線的壓力升高，如果處理不及時，會導(dǎo)致集油管線的爆裂。因此，建立完善的事故處理機制是必要的。

4 結(jié)語

按照采油工程管理崗位勞動定員標(biāo)準(zhǔn)，僅該聯(lián)合站員工總?cè)藬?shù)將由原來在崗55 人，降至標(biāo)準(zhǔn)47 人，優(yōu)化減員8 人，年節(jié)約用工成本約64 萬元。按照全廠定員標(biāo)準(zhǔn)計算，年節(jié)約用工成本將是一個可觀數(shù)據(jù)。通過對已建站場集中監(jiān)控新模式的確定，可大大提高油田生產(chǎn)自動化及生產(chǎn)管理水平，減輕員工勞動強度、優(yōu)化人力資源配置，降低油田生產(chǎn)成本。既達(dá)到節(jié)能降耗的目的，又為企業(yè)增加了經(jīng)濟和社會效益，同時，也為油田已建聯(lián)合站逐步推廣崗位整合進(jìn)行了一次有益的探索。