PLC在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

王彥楠

（大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司，黑龍江大慶 163000）

現(xiàn)階段我國(guó)石油勘探技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，在開采過(guò)程中也融入了各類自動(dòng)化技術(shù)手段，切實(shí)提升了油田數(shù)字化建設(shè)水平。PLC 技術(shù)主要應(yīng)用在污水處理、轉(zhuǎn)油脫水站監(jiān)測(cè)、中轉(zhuǎn)站油計(jì)量等環(huán)節(jié)，切實(shí)提升了油田開發(fā)效率，確保了當(dāng)前油田開采量及油田資源利用率能夠滿足社會(huì)可持續(xù)化建設(shè)要求，為油田企業(yè)獲取更多經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益。

1 PLC技術(shù)理論研究

1.1 PLC技術(shù)概念

PLC 又被稱為可編程控制器，在具體運(yùn)行過(guò)程中需要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及機(jī)電控制技術(shù)等，因其具有優(yōu)秀的可靠性、廣泛性、簡(jiǎn)便性而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。

1.2 PLC技術(shù)特征

1.2.1 可靠性

在PLC 系統(tǒng)中的電路接口多為光電隔離，電路在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以將油田現(xiàn)場(chǎng)的外電路與可編程邏輯控制裝置中的電路進(jìn)行電氣隔離[1]。此外，PLC 中的運(yùn)行模塊內(nèi)具備屏蔽功能，能夠有效防止電磁干擾。重要的是，PLC 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自診斷能力，當(dāng)電源或軟硬件設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，PLC 系統(tǒng)能夠采取有效控制措施，防止故障問(wèn)題演變?yōu)楹罄m(xù)安全事故。

1.2.2 廣泛性

PLC 系統(tǒng)接口豐富，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)期間的交流與直流信號(hào)、開關(guān)量及模擬量信號(hào)、電壓值及電流等信號(hào)借助PLC 傳感裝置、變送裝置、繼電器等直接連接獲取，切實(shí)提升了生產(chǎn)參數(shù)的集中監(jiān)控采集比例。

1.2.3 簡(jiǎn)便性

PLC 系統(tǒng)的編程操作簡(jiǎn)單，可以配合使用梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本等編程方式，滿足不同用戶的實(shí)際操作要求，實(shí)際操作更為簡(jiǎn)便。

2 油田數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)主要是將海量分散的數(shù)據(jù)作為重要資源進(jìn)行挖掘，通過(guò)使用數(shù)據(jù)挖掘引擎，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容進(jìn)行充分分析，獲取價(jià)值數(shù)據(jù)。使用關(guān)聯(lián)性分析方法，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)間存在的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、目標(biāo)數(shù)據(jù)及延伸信息進(jìn)行充分挖掘，找尋數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從根本上提升數(shù)據(jù)綜合利用水平[2]。借助數(shù)據(jù)存在的關(guān)聯(lián)性，還可以找到數(shù)據(jù)源中所需的目標(biāo)數(shù)據(jù)及延伸數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)規(guī)律，提升數(shù)據(jù)利用水平。

對(duì)較多種類數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)劃分，對(duì)于沒(méi)有規(guī)律的類型標(biāo)記數(shù)據(jù)需要依照相關(guān)規(guī)則分類，使具備相同規(guī)律的信息聚集在一起，從根本上提升數(shù)據(jù)查找及應(yīng)用水平，進(jìn)一步提高各部門及工作人員對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)知力。數(shù)據(jù)化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中還需要保持?jǐn)?shù)據(jù)源的預(yù)見(jiàn)性，通過(guò)構(gòu)建重要的數(shù)據(jù)類型，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行綜合分析及預(yù)測(cè)，從數(shù)據(jù)發(fā)展角度展開挖掘[1]。數(shù)據(jù)導(dǎo)入及導(dǎo)出過(guò)程中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)偏差問(wèn)題，因此在數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中還需要注重開展數(shù)據(jù)檢測(cè)工作，找尋出參照值及結(jié)果的差異。

2.2 數(shù)字技術(shù)在油田建設(shè)中的應(yīng)用

油田建設(shè)運(yùn)營(yíng)與管理工作涉及的內(nèi)容復(fù)雜，對(duì)開采技術(shù)的要求不斷提升?，F(xiàn)階段油田建設(shè)管理工作多數(shù)使用了信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)挖掘手段，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)手段對(duì)運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程展開優(yōu)化及調(diào)整。

數(shù)字化油田建設(shè)應(yīng)建立在油田建設(shè)原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，使用主流設(shè)計(jì)軟件及編程技術(shù)手段，將原有開采管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)槲幕ㄔO(shè)平臺(tái)[3]。構(gòu)建油田建設(shè)數(shù)字化平臺(tái)需要進(jìn)一步拓展油田建設(shè)時(shí)空維度，優(yōu)化各項(xiàng)開采及服務(wù)全過(guò)程。通過(guò)構(gòu)建油田建設(shè)數(shù)字化平臺(tái)也能夠使油田建設(shè)在時(shí)間及空間上得到延伸，全面開展信息化工作，實(shí)現(xiàn)油田常態(tài)化管理及信息共享目標(biāo)。

2.3 油田數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀分析

油田建設(shè)是當(dāng)下油田企業(yè)提升自身經(jīng)濟(jì)水平的重要方式。油田數(shù)字化建設(shè)改革流程較為復(fù)雜，建設(shè)內(nèi)容需要包括管理模式優(yōu)化、生產(chǎn)組織形式優(yōu)化等方面，通過(guò)結(jié)合油田企業(yè)階段性發(fā)展目標(biāo)，制定數(shù)字化管理體系。

在油田數(shù)字化建設(shè)環(huán)節(jié)中，還需要通過(guò)重新分配人力及物力資源組建新管理框架，充分發(fā)揮出各項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。隨著當(dāng)下科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，在油田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)注重關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)資源完整性的問(wèn)題，避免出現(xiàn)決策中斷情況。

3 PLC技術(shù)的油田數(shù)字化平臺(tái)

3.1 PLC技術(shù)下的油田數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)

PLC 油田數(shù)字化平臺(tái)使用了技術(shù)成熟的編程軟件進(jìn)行編程。軟件功能完善，包括硬件配置與參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、檢測(cè)、移動(dòng)及維護(hù)工作。在具體運(yùn)行過(guò)程中還能夠結(jié)合油田建設(shè)控制標(biāo)準(zhǔn)，分析系統(tǒng)在運(yùn)行期間存在的故障問(wèn)題，具備良好的自診斷功能[4]。以油田開采系統(tǒng)為例，開采系統(tǒng)的模塊化主要由主程序、PID 控制程序、報(bào)警系統(tǒng)及溫度、壓力等傳感器測(cè)定系統(tǒng)構(gòu)成，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠全面監(jiān)管開采設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警存在于開采設(shè)備運(yùn)行期間的故障問(wèn)題。

3.2 PLC技術(shù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為滿足不同油田企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作領(lǐng)域?qū)τ吞锷a(chǎn)控制的要求，在PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中也需要著重提升開采設(shè)備監(jiān)管與調(diào)控水平。對(duì)PLC 技術(shù)模塊進(jìn)行全面檢查，使設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境特征及運(yùn)行要求輸入所需控制的參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)當(dāng)隨時(shí)測(cè)定各項(xiàng)參數(shù)值。著重關(guān)注油田數(shù)字化平臺(tái)中的PID 調(diào)節(jié)與設(shè)備控制工作，分析不同數(shù)據(jù)的差異，對(duì)油田數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步的功能完善。

3.3 PLC技術(shù)系統(tǒng)硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)計(jì)

PLC 技術(shù)系統(tǒng)中的硬件組態(tài)主要為電源、控制器、模塊，需設(shè)置合理的各硬件組成部分參數(shù)[5]。模塊中的參數(shù)需要使用編程軟件設(shè)計(jì)，在硬件組態(tài)中確定PLC 輸入及輸出變量地址，為后續(xù)用戶程序的設(shè)計(jì)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在組態(tài)設(shè)置時(shí)可以將系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊與其他模塊的參數(shù)均保存在CPU 中。在系統(tǒng)啟動(dòng)CPU 后，可以自動(dòng)與其他模塊進(jìn)行通信傳送參數(shù)。

在硬件組態(tài)環(huán)節(jié)，需要首先生成站，然后配置電源、CPU、模塊，在CPU、模塊中打開對(duì)話框，設(shè)置參數(shù)。參數(shù)內(nèi)容主要包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、模塊屬性、采集信號(hào)類型、從站參數(shù)等。設(shè)置保存編譯硬件，并將硬件下載到PLC 中。輸入及輸出模塊參數(shù)需要利用編程軟件設(shè)置，程序設(shè)計(jì)期間的CPU 必須處于停止運(yùn)行狀態(tài)。在設(shè)置完畢后將程序下載到CPU 中。

3.4 共享平臺(tái)設(shè)計(jì)

為從根本上提升數(shù)字化油田建設(shè)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)共享水平信息編碼標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)階段數(shù)據(jù)集成建設(shè)環(huán)節(jié)還需要構(gòu)建一個(gè)完整全面的數(shù)據(jù)中心及規(guī)范的信息編碼標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)中的各業(yè)務(wù)體系能夠集成且保持統(tǒng)一。通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)，也可以將不同時(shí)期的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)結(jié)合在一起，確保油田建設(shè)管理規(guī)范化、整體化、統(tǒng)一化開展。

共享平臺(tái)需要結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)抽取及整合工具，將油田建設(shè)管理各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)抽取出來(lái)。借助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)編碼，編碼存入到核心數(shù)據(jù)庫(kù)中，依照定義權(quán)限使用共享數(shù)據(jù)平臺(tái)中的各類信息資源。

共享數(shù)據(jù)平臺(tái)需要具備提供完整數(shù)據(jù)源、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等功能。例如在共享數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，涉及的信息覆蓋到油田建設(shè)縱向及橫向管理工作，滿足工作人員信息服務(wù)需求。

4 PLC技術(shù)下油田數(shù)字化平臺(tái)調(diào)試

4.1 PLC軟件調(diào)試

PLC 系統(tǒng)軟件調(diào)試工作需要在PC 機(jī)上進(jìn)行。首先，分析油田生產(chǎn)期間對(duì)各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)提出的要求。然后，將運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)利用編程方式輸入到PC 機(jī)中[6]。PLC 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)可根據(jù)具體要求對(duì)模擬量、數(shù)字開關(guān)量等信號(hào)展開全面調(diào)節(jié)與處理，檢測(cè)PLC 系統(tǒng)中每個(gè)運(yùn)行部件與功能。將檢測(cè)到的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找到造成控制偏差問(wèn)題的原因。最后，對(duì)PLC 技術(shù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)控，避免在油田數(shù)字化平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)較大偏差。

4.2 PLC硬件調(diào)試

設(shè)計(jì)后的PLC 油田數(shù)字化平臺(tái)硬件調(diào)試工作需要在投產(chǎn)前完成。選定系統(tǒng)中的某個(gè)設(shè)備作為硬件調(diào)控對(duì)象，確保設(shè)備各功能元件滿足檢測(cè)要求。啟動(dòng)PLC 系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各配件來(lái)完善硬件配置，在切實(shí)保障硬件配置能滿足實(shí)際功能需求的基礎(chǔ)上，盡量控制PLC 控制系統(tǒng)開發(fā)成本，從根本上提升PLC 控制系統(tǒng)的適用性。

5 PLC技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用方向

5.1 PLC技術(shù)與無(wú)線技術(shù)的融合

將PLC 技術(shù)與無(wú)線技術(shù)有機(jī)融合在一起。將前線生產(chǎn)單位作為前端，系統(tǒng)上位機(jī)作為后端，使開采井、開采站及生產(chǎn)管理線能夠生成工藝流程控制系統(tǒng)，在保障數(shù)據(jù)采集水平的基礎(chǔ)上，對(duì)各開采環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)控。

由于多數(shù)油田所處的位置較為偏遠(yuǎn)，交通及通信建設(shè)難度大，需要借助無(wú)線技術(shù)手段將各開采井及開采站緊密連接，借助PLC 技術(shù)進(jìn)行開采數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信。因PLC 技術(shù)具有運(yùn)行成本低、維護(hù)便捷、標(biāo)準(zhǔn)化顯著等特征，在應(yīng)用于油田建設(shè)環(huán)節(jié)還需要進(jìn)一步優(yōu)化油田無(wú)線組網(wǎng)。

配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合油田采油平臺(tái)及抽油機(jī)井位開展設(shè)計(jì)工作，在配電箱處加裝PLC 設(shè)備，安裝以鍍鋅槽鋼為主的配電箱。借助抽油機(jī)配電箱為PLC 系統(tǒng)供電，提供供電機(jī)綜合數(shù)據(jù)。PLC 系統(tǒng)可以使用無(wú)線模塊，將位移傳感器信息及荷載傳感器信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)控制系統(tǒng)中。PLC 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集后會(huì)借助網(wǎng)絡(luò)接口及無(wú)線通信模塊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇行摹?/p>

配備無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將油田開采區(qū)域中的油井及開采站點(diǎn)利用無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。為切實(shí)保障無(wú)線電信號(hào)傳輸?shù)钠椒€(wěn)性，還應(yīng)當(dāng)選擇高增益天線設(shè)施，在無(wú)線連接時(shí)使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式。注重維護(hù)中心控制室與各監(jiān)控點(diǎn)的鏈路，做好PLC 設(shè)備的維護(hù)工作，使數(shù)據(jù)均能夠有效傳輸?shù)街行幕局校Ｕ喜捎蜕a(chǎn)資料的完整性。

5.2 PLC技術(shù)在油田生產(chǎn)水處理中的應(yīng)用

油田開采過(guò)程中需要著重關(guān)注生產(chǎn)水處理工作，將未達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)水輸送到污水井進(jìn)行過(guò)濾處理，達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)水回注到油層中。生產(chǎn)水處理設(shè)施應(yīng)用時(shí)會(huì)受到環(huán)境及操作因素影響而出現(xiàn)故障問(wèn)題，可以借助PLC 系統(tǒng)中的自檢功能，監(jiān)測(cè)故障發(fā)生部位，判斷故障發(fā)生原因并傳達(dá)維修指令。

構(gòu)建生產(chǎn)水處理PLC 系統(tǒng)還需要關(guān)注數(shù)據(jù)采集與傳輸工作，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)展開自動(dòng)判別，使用適宜的應(yīng)對(duì)方式。

5.3 PLC技術(shù)在石油計(jì)量中的應(yīng)用

將PLC 技術(shù)應(yīng)用在石油計(jì)量中，能夠使整個(gè)計(jì)量過(guò)程更為智能。編程計(jì)量程序，使其能夠開展定時(shí)計(jì)量工作，加強(qiáng)油井生產(chǎn)中的油、氣及水等數(shù)據(jù)管控力度。PLC 計(jì)量環(huán)節(jié)還需要對(duì)油井工作狀態(tài)進(jìn)行細(xì)致分析，借助示功圖變化值顯示計(jì)量結(jié)果。在示功圖處于歸零狀態(tài)時(shí)，PLC 系統(tǒng)可自動(dòng)跳過(guò)該油井，并對(duì)下一油井計(jì)量全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

因PLC 系統(tǒng)的操作界面更為簡(jiǎn)單直觀，便于相關(guān)管理人員使用系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)的目標(biāo)，從根本上提升油田計(jì)量水平。

6 數(shù)字技術(shù)在油田建設(shè)中的應(yīng)用對(duì)策

注重結(jié)合油田建設(shè)具體施工要求建設(shè)功能完善的管理平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)。在油田建設(shè)管理過(guò)程中需要明確管理目標(biāo)、劃分管理職責(zé)，確定工程設(shè)計(jì)與施工重點(diǎn)內(nèi)容，落實(shí)各項(xiàng)責(zé)任體系。工程管理工作主要涉及合同管理、財(cái)務(wù)管理及流程管理等內(nèi)容[7]。在工程具體管理工作開展期間，需要數(shù)字技術(shù)融入財(cái)務(wù)管理、人力管理、開采管理工作，將每項(xiàng)管理工作結(jié)合在一起，協(xié)調(diào)項(xiàng)目管理中的各類關(guān)系，更加系統(tǒng)化、規(guī)范化的工作環(huán)境。要求油田建設(shè)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備緊密式耦合結(jié)構(gòu)，將嵌入式與松散式耦合結(jié)構(gòu)相互結(jié)合，在系統(tǒng)相互獨(dú)立的情況下增強(qiáng)系統(tǒng)間的彼此聯(lián)系，使數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)具備獨(dú)立性功能。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)發(fā)揮PLC 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)鹘y(tǒng)油田數(shù)字化平臺(tái)功能進(jìn)一步優(yōu)化，從根本上提升生產(chǎn)工藝控制的精準(zhǔn)性與便捷性。雖然現(xiàn)階段PLC 技術(shù)更加成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需要加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管控力度，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行功能及實(shí)際運(yùn)行要求，選擇合適的PLC 技術(shù)系統(tǒng)中的軟件及硬件，增強(qiáng)PLC 技術(shù)下油田數(shù)字化平臺(tái)運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)效益。