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【摘要】联合站微机监测控制系统可使联合站计量实现自动化管理，以计算机管理代替人工进行工作，更具有正规化、安全化、经济化。联合站微机监测控制系统由仪表、执行机构、PLC、微机等部分组成构成。论文主要介绍了联合站微机监测控制系统的工作原理与实际应用情况。
【关键词】联合站；监测控制；应用
1、前言
联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，它是集油水分离、污水处理、原油及天然气集输等多个工艺系统为一体的综合性生产过程，主要包括输油脱水、污水处理、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环节。目前，联合站生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表监测控制、微机监测控制等三种方法。
微机监测控制系统是通过现场仪表、执行机构、微机以及PLC实现生产过程中各项参数的动态计量、生产流程的有效控制，为生产开发、科学研究、安全保障和油气贸易结算工作提供准确数据。
2、微机监测控制系统的组成
微机监测控制系统工作原理是利用传感器装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、物位、流量）转换为电信号，转换后的电信号通过数据采集设备接收并处理，然后传输至微机以数字、图形或曲线的方式显示出来，使操作人员能够直观了解生产过程中各项参数。控制上由微机发出控制指令，经过PLC处理后控制继电器，最后通过继电器来控制现场的执行机构，微机监测控制系统主要由以下几个部分组成：仪表、执行机构、PLC、微机等部分组成。图1就是一个典型的微机监测控制系统组成图。
2.1 仪表与执行机构
图1中可看出仪表和执行机构是整个系统的末端，直接与监控对象发生作用，仪表的功能是对生产过程中的重要参数进行监测，其作用相当于整个系统的“感知器官”。在联合站生产过程中主要监测的参数有温度、压力、物位和流量，监测温度和压力的仪表分别是温度变送器和压力变送器；物位检测仪表的种类很多，油田上使用较多的是差压式液位变送器、探杆式物位仪表、超声波液位计。以上的仪表都是按测量量程把实际参数以线性转换成4-20mA的直流电流信号。
油田上流量计量仪表的种类繁多，计量介质只要是油、气、水或油水混合物。计量介质是极低含水原油时多用刮板、腰轮流量计等，配合传动装置与光电转换器可将流量信号转换为数字脉冲信号；气计量主要采用旋进漩涡流量计，精度要求高时采用孔板流量计，流量计本身都整合有变送器，直接可输出数字脉冲信号；水计量主要使用涡街流量计或电磁流量计一般采用4-20mA直流电流信号进行信号输出。
执行机构是使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用来控制阀门或开或关的设备。执行机构属于现场控制类仪表，主要分为电动执行机构和气动执行机构两种。
电动执行机构：使用电机驱动，方便控制，体积小，效率高。气动执行机构：气源驱动，使用简单，防爆性能好，成熟可靠，运行速度快，需要气源及管路，效率低，维护量大。无论是电动还是气动阀门，都是将PLC传送来的开关信号或者4-20mA的电流信号转换为阀门开关或者阀门开度的状态，并将阀门实际状态反馈回PLC。
2.2 可编程逻辑控制器PLC
可编程逻辑控制器（英文缩写PLC）是一种进行数字运算的电子系统，是专门为在工业环境下的应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC功能高度模块化，而且结构简单、稳定性极佳、易于组建与扩展，在油田集输系统中得到了广泛的应用，我厂使用较多的PLC品牌为西门子与GE公司。
PLC在微机监测控制系统中负责整个微机监测控制系统信号通讯的承上启下作用，现场所有仪表信号都要先进入PLC进行集中处理，然后送进微机。
以西门子S7-300为例，下面是一个PLC的硬件图。
上图中PLC采用的是典型的也是用的最多的模块式结构，从左到右依次为电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块。电源模块负责为整个CPU提供24V电源。CPU模块负责存储、执行用户程序，与其他模块进行通信，与微机进行通信等功能。通信模块负责与其他PLC进行通信。
信号模块分为模拟量输入、输出模块与数字量模块，模拟量输入模块可以接收4-20mA的模拟量信号，模拟量输出模块可以输出4-20mA直流电流信号以驱动执行机构。数字信号模块可以接收和输出数字量开关信号，但由于CPU存在扫描周期，扫描周期外的数字信号会丢失，所以通常不用数字信号模块来接收流量计的数字信号，而采用高速的计数模块来接收流量计信号。
如上图所有信号（4-20mA，数字脉冲）信号都进入PLC的CPU中，然后通过用户程序进行处理，数据经过处理后通过DP通信或者以太网传输至微机。
3、A联合站微机监测控制系统的应用
A联合站是我厂大型的联合站之一，2013年完成自动化的改造，改造后的A联合站自动化系统是一个典型的微机监测控制系统。
3.1 A联合站微机监测控制系统组成
使用GE系列的PLC构成微机监测控制系统的控制核心，由中控室的PLC主站控制下面的5个PLC子站，分别是油岗、电脱水岗、供水岗、水质岗、注水岗，PLC主站与子站采用光纤进行通信，A联合站微机监测控制系统构成示意图如下：
现场各种压力、温度、液位、流量等信号通过仪表变送器，先由PLC子站集中处理，然后通过由光纤组成的以太网传输至中控室PLC主站内，由PLC处理后送入微机。控制上，由软件判断生产情况，当满足触发条件时连锁启动，向主PLC发出控制信号，控制信号经由以太网进入PLC子站中，然后通过继电器、执行机构等设备，完成生产控制操作。 3.2 A联合站微机监测控制系统功能
改造后的微机监测系统相对于以前的A联合站微机系统功能上有以下变化：
由上表可看出相比原有的微机监测系统，功能上除了显示之外多加了控制的功能，原来的微机监测系统是5个独立的系统分散在5个岗位上，系统与系统之间并无通讯，改造后的微机检测控制系统则是一个整体的系统，位于中控室岗位上。A联合站微机监测控制系统主要有以下几个功能。
（1）参数显示
系统有6个页面分别是中控室、油岗、电脱水岗、供水岗、水质岗、注水岗，可以显示温度、液位、压力、流量等信号。泵的运行状态，阀门的开关也可在界面上显示出来。
（2）报警功能
系统设有报警功能，当满足一定条件时，比如温度过高过低，压力过高过低、液位过高等，系统会发出报警信号提升工作人员及时出来，避免造成生产事故。
（3）控制功能
系统可以对所有电动阀进行人工控制，工作人员想要对生产过程进行控制时，在界面上点击相应的阀门图标和泵的图标就可以控制阀门开关和泵的启停，极大地简化了操作。
（4）连锁功能
系统具备很多连锁功能，连锁功能开始并满足触发条件时，系统自动进行生产工程控制。比如某个罐液位较高，开启该罐出口阀门与泵等。
（5）历史记录
系统可对所有的生产参数进行历史趋势查询，中控室的值班人员可有效掌握重要生产参数的历史动态，同时与便于进行生产分析。
（6）报表打印
系统可定时打印报表，减少工人工作量。
（7）通讯功能
系统内部遵循以太网通信协议，PLC主站与PLC子站间使用以太网进行通信，假如系统接入油田内网，可通过软件配合，在厂内就可以看到联合站的生产参数。
3.3 A联合站微机监测控制系统运行现状
（1）全部测量点、控制点都通过测试
在运行初期，技术人员、联合站工作人员、自动化厂家共同配合，对230多个测量点与控制点位逐一进行测试，就已发现的10多处问题进行了处理，并及时跟踪反馈，目前全部测量点、控制点都通过测试，保证了生产参数的有效显示。
（2）全部连锁调试完毕
A联合站微机监测控制系统的全部连锁经过逐一调试，全部设计的连锁都运行正常，保证了自动化控制稳定性。A联合站微机监测控制系统设计了PID自动控制调节器，调节器参数经过了初期的整定，后续整定工作根需据实际控制情况进一步进行调节，以达到平稳控制。
3.4 A联合站微机监测控制系统应用效果
（1）部分基层岗位实现无人值守
目前供水岗与电脱水岗的工作人员已经转移到中控室进行工作，油岗在测试运行一段时间后也将撤离工作人员，实现岗位无人值守。
（2）中控室可控制现场大多数生产过程
值班人员可在中控室微机上控制现场的电动阀门与泵启停，实现了现场操作启动的集中控制。
（3）先进的报表管理
生产报表将原来的8张报表整合成为一张大的报表，方便了报表管理，报表由微机生成，减少了工人的劳动强度。
4、总结
在信息化的不断推进的今天，对石油计量数据的采集和传递的要求越来越高。且自动化技术发展的日新月异，自动化技术在工业生产中的应用越来越广泛，给数据管理的科学化和合理化指明了方向，用微机监测控制系统来代替人工进行生产已成为必然。利用微机监测控制系统，实现数据自动采集，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供保障。通过本次对A联合站进行数字化改造，生产单位将可以建立先进管理模式，优化人力资源配置，提高集输系统的自动化水平和运行效率，改变过去管、控分离的局面，方便运行管理，改造后A联合站减少一线操作员工36人，年减少运行费用360万元。
参考文献
[1]潘永湘.编著.《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2011.6.
[2]廖常初.编著.《S7-300/400 PLC应用技术》，机械工业出版社，2012.1.
作者简介
杨春龙，男，1983年生。2009年毕业于大庆石油学院通信工程专业，现在大庆油田第十采油厂规划设计研究所从事规划工作。
【关键词】联合站；监测控制；应用
1、前言
联合站是油田原油集输生产中最重要的生产工艺过程，它是集油水分离、污水处理、原油及天然气集输等多个工艺系统为一体的综合性生产过程，主要包括输油脱水、污水处理、注水、锅炉和配电等生产岗位或工艺环节。目前，联合站生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表监测控制、微机监测控制等三种方法。
微机监测控制系统是通过现场仪表、执行机构、微机以及PLC实现生产过程中各项参数的动态计量、生产流程的有效控制，为生产开发、科学研究、安全保障和油气贸易结算工作提供准确数据。
2、微机监测控制系统的组成
微机监测控制系统工作原理是利用传感器装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、物位、流量）转换为电信号，转换后的电信号通过数据采集设备接收并处理，然后传输至微机以数字、图形或曲线的方式显示出来，使操作人员能够直观了解生产过程中各项参数。控制上由微机发出控制指令，经过PLC处理后控制继电器，最后通过继电器来控制现场的执行机构，微机监测控制系统主要由以下几个部分组成：仪表、执行机构、PLC、微机等部分组成。图1就是一个典型的微机监测控制系统组成图。
2.1 仪表与执行机构
图1中可看出仪表和执行机构是整个系统的末端，直接与监控对象发生作用，仪表的功能是对生产过程中的重要参数进行监测，其作用相当于整个系统的“感知器官”。在联合站生产过程中主要监测的参数有温度、压力、物位和流量，监测温度和压力的仪表分别是温度变送器和压力变送器；物位检测仪表的种类很多，油田上使用较多的是差压式液位变送器、探杆式物位仪表、超声波液位计。以上的仪表都是按测量量程把实际参数以线性转换成4-20mA的直流电流信号。
油田上流量计量仪表的种类繁多，计量介质只要是油、气、水或油水混合物。计量介质是极低含水原油时多用刮板、腰轮流量计等，配合传动装置与光电转换器可将流量信号转换为数字脉冲信号；气计量主要采用旋进漩涡流量计，精度要求高时采用孔板流量计，流量计本身都整合有变送器，直接可输出数字脉冲信号；水计量主要使用涡街流量计或电磁流量计一般采用4-20mA直流电流信号进行信号输出。
执行机构是使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用来控制阀门或开或关的设备。执行机构属于现场控制类仪表，主要分为电动执行机构和气动执行机构两种。
电动执行机构：使用电机驱动，方便控制，体积小，效率高。气动执行机构：气源驱动，使用简单，防爆性能好，成熟可靠，运行速度快，需要气源及管路，效率低，维护量大。无论是电动还是气动阀门，都是将PLC传送来的开关信号或者4-20mA的电流信号转换为阀门开关或者阀门开度的状态，并将阀门实际状态反馈回PLC。
2.2 可编程逻辑控制器PLC
可编程逻辑控制器（英文缩写PLC）是一种进行数字运算的电子系统，是专门为在工业环境下的应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC功能高度模块化，而且结构简单、稳定性极佳、易于组建与扩展，在油田集输系统中得到了广泛的应用，我厂使用较多的PLC品牌为西门子与GE公司。
PLC在微机监测控制系统中负责整个微机监测控制系统信号通讯的承上启下作用，现场所有仪表信号都要先进入PLC进行集中处理，然后送进微机。
以西门子S7-300为例，下面是一个PLC的硬件图。
上图中PLC采用的是典型的也是用的最多的模块式结构，从左到右依次为电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块。电源模块负责为整个CPU提供24V电源。CPU模块负责存储、执行用户程序，与其他模块进行通信，与微机进行通信等功能。通信模块负责与其他PLC进行通信。
信号模块分为模拟量输入、输出模块与数字量模块，模拟量输入模块可以接收4-20mA的模拟量信号，模拟量输出模块可以输出4-20mA直流电流信号以驱动执行机构。数字信号模块可以接收和输出数字量开关信号，但由于CPU存在扫描周期，扫描周期外的数字信号会丢失，所以通常不用数字信号模块来接收流量计的数字信号，而采用高速的计数模块来接收流量计信号。
如上图所有信号（4-20mA，数字脉冲）信号都进入PLC的CPU中，然后通过用户程序进行处理，数据经过处理后通过DP通信或者以太网传输至微机。
3、A联合站微机监测控制系统的应用
A联合站是我厂大型的联合站之一，2013年完成自动化的改造，改造后的A联合站自动化系统是一个典型的微机监测控制系统。
3.1 A联合站微机监测控制系统组成
使用GE系列的PLC构成微机监测控制系统的控制核心，由中控室的PLC主站控制下面的5个PLC子站，分别是油岗、电脱水岗、供水岗、水质岗、注水岗，PLC主站与子站采用光纤进行通信，A联合站微机监测控制系统构成示意图如下：
现场各种压力、温度、液位、流量等信号通过仪表变送器，先由PLC子站集中处理，然后通过由光纤组成的以太网传输至中控室PLC主站内，由PLC处理后送入微机。控制上，由软件判断生产情况，当满足触发条件时连锁启动，向主PLC发出控制信号，控制信号经由以太网进入PLC子站中，然后通过继电器、执行机构等设备，完成生产控制操作。 3.2 A联合站微机监测控制系统功能
改造后的微机监测系统相对于以前的A联合站微机系统功能上有以下变化：
由上表可看出相比原有的微机监测系统，功能上除了显示之外多加了控制的功能，原来的微机监测系统是5个独立的系统分散在5个岗位上，系统与系统之间并无通讯，改造后的微机检测控制系统则是一个整体的系统，位于中控室岗位上。A联合站微机监测控制系统主要有以下几个功能。
（1）参数显示
系统有6个页面分别是中控室、油岗、电脱水岗、供水岗、水质岗、注水岗，可以显示温度、液位、压力、流量等信号。泵的运行状态，阀门的开关也可在界面上显示出来。
（2）报警功能
系统设有报警功能，当满足一定条件时，比如温度过高过低，压力过高过低、液位过高等，系统会发出报警信号提升工作人员及时出来，避免造成生产事故。
（3）控制功能
系统可以对所有电动阀进行人工控制，工作人员想要对生产过程进行控制时，在界面上点击相应的阀门图标和泵的图标就可以控制阀门开关和泵的启停，极大地简化了操作。
（4）连锁功能
系统具备很多连锁功能，连锁功能开始并满足触发条件时，系统自动进行生产工程控制。比如某个罐液位较高，开启该罐出口阀门与泵等。
（5）历史记录
系统可对所有的生产参数进行历史趋势查询，中控室的值班人员可有效掌握重要生产参数的历史动态，同时与便于进行生产分析。
（6）报表打印
系统可定时打印报表，减少工人工作量。
（7）通讯功能
系统内部遵循以太网通信协议，PLC主站与PLC子站间使用以太网进行通信，假如系统接入油田内网，可通过软件配合，在厂内就可以看到联合站的生产参数。
3.3 A联合站微机监测控制系统运行现状
（1）全部测量点、控制点都通过测试
在运行初期，技术人员、联合站工作人员、自动化厂家共同配合，对230多个测量点与控制点位逐一进行测试，就已发现的10多处问题进行了处理，并及时跟踪反馈，目前全部测量点、控制点都通过测试，保证了生产参数的有效显示。
（2）全部连锁调试完毕
A联合站微机监测控制系统的全部连锁经过逐一调试，全部设计的连锁都运行正常，保证了自动化控制稳定性。A联合站微机监测控制系统设计了PID自动控制调节器，调节器参数经过了初期的整定，后续整定工作根需据实际控制情况进一步进行调节，以达到平稳控制。
3.4 A联合站微机监测控制系统应用效果
（1）部分基层岗位实现无人值守
目前供水岗与电脱水岗的工作人员已经转移到中控室进行工作，油岗在测试运行一段时间后也将撤离工作人员，实现岗位无人值守。
（2）中控室可控制现场大多数生产过程
值班人员可在中控室微机上控制现场的电动阀门与泵启停，实现了现场操作启动的集中控制。
（3）先进的报表管理
生产报表将原来的8张报表整合成为一张大的报表，方便了报表管理，报表由微机生成，减少了工人的劳动强度。
4、总结
在信息化的不断推进的今天，对石油计量数据的采集和传递的要求越来越高。且自动化技术发展的日新月异，自动化技术在工业生产中的应用越来越广泛，给数据管理的科学化和合理化指明了方向，用微机监测控制系统来代替人工进行生产已成为必然。利用微机监测控制系统，实现数据自动采集，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供保障。通过本次对A联合站进行数字化改造，生产单位将可以建立先进管理模式，优化人力资源配置，提高集输系统的自动化水平和运行效率，改变过去管、控分离的局面，方便运行管理，改造后A联合站减少一线操作员工36人，年减少运行费用360万元。
参考文献
[1]潘永湘.编著.《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2011.6.
[2]廖常初.编著.《S7-300/400 PLC应用技术》，机械工业出版社，2012.1.
作者简介
杨春龙，男，1983年生。2009年毕业于大庆石油学院通信工程专业，现在大庆油田第十采油厂规划设计研究所从事规划工作。