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1  引言

    油田聯(lián)合站反沖洗過程是采油生產(chǎn)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，它對(duì)油田污水過濾罐的過濾系統(tǒng)進(jìn)行清洗操作，是提高油田污水過濾效果的一個(gè)重要措施，同時(shí)延長(zhǎng)了過濾罐的使用壽命，提高了石油生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。目前的一些聯(lián)合站反沖洗系統(tǒng)沒有監(jiān)控報(bào)警和自動(dòng)控制系統(tǒng)，使崗位工人的工作量很大，同時(shí)由于人為疏忽導(dǎo)致生產(chǎn)事故，影響了正常工作生產(chǎn)。因此，研究反沖洗過程自動(dòng)控制系統(tǒng)，推廣應(yīng)用反沖洗系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警技術(shù)對(duì)于提高反沖洗效率和聯(lián)合站自動(dòng)化水平具有十分重要的意義。

2  反沖洗系統(tǒng)工藝流程圖和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇

    大慶某采油廠聯(lián)合站反沖洗系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示，其工藝流程為：來自聯(lián)合站的污水，進(jìn)入緩沖罐，通過緩沖罐的升壓泵將污水打入過濾罐進(jìn)行過濾，經(jīng)過濾后的污水最后輸出到站外，供聯(lián)合站其它系統(tǒng)使用；需要對(duì)過濾罐進(jìn)行反沖洗時(shí)，用反沖洗泵將反沖洗罐液體打入過濾罐進(jìn)行反沖洗操作，最后把反沖洗產(chǎn)生的深度污水回收到回收罐。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，以及生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，選取下列參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控：
(1)  緩沖罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及其上、下限報(bào)警；
(2)  反沖洗罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及其上、下限報(bào)警；
(3)  回收罐液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及其上、下限報(bào)警；
(4)  兩個(gè)反沖洗泵的運(yùn)行電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及其上、下限報(bào)警；
(5)  反沖洗主管道流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
(6)  各個(gè)過濾罐的反沖洗進(jìn)出口閥和過濾進(jìn)出口閥狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

3  系統(tǒng)組成及功能設(shè)計(jì)

    反沖洗自動(dòng)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化，控制系統(tǒng)不僅與下層控制設(shè)備有良好的接口，而且具有與上層管理系統(tǒng)集成的接口。所以反沖洗自動(dòng)控制系統(tǒng)在底層采用PLC，上層則選用優(yōu)秀的監(jiān)控組態(tài)軟件，將反沖洗控制系統(tǒng)分為管理級(jí)、控制級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。如圖2所示。管理級(jí)、控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)之間采用PROFIBUS-DP總線通訊協(xié)議。

(1)  管理級(jí)
    管理級(jí)是系統(tǒng)的核心部分，完成對(duì)污水處理過程各部分的管理和控制。管理級(jí)提供人機(jī)接口，是整個(gè)控制系統(tǒng)與外部信息交互的界面。管理級(jí)具有遠(yuǎn)程控制操作功能、狀態(tài)顯示功能、數(shù)據(jù)處理功能、報(bào)警功能、報(bào)表功能、通訊功能等。控制室中設(shè)備為一臺(tái)安裝組態(tài)監(jiān)控組態(tài)軟件的工控機(jī)和一套觸摸屏作為監(jiān)控工程師操作站。

(2)  控制級(jí)
    控制級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是管理級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)之間的樞紐層。其主要功能是接受管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對(duì)反沖洗生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)輸送到管理層。控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所以在控制級(jí)中，采用一個(gè)SIEMENS公司S7-300 CPU315-2DP及其電源模塊，數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊和PROFIBUS-DP通訊模塊做為控制系統(tǒng)。

(3)  現(xiàn)場(chǎng)級(jí)
    現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)主要由S7-200 CPU224 DC/AC/RLY及其數(shù)字量輸入輸出模塊和通訊模塊EM277組成。其主要功能是對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、傳感器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳，并能接受控制級(jí)的指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。

    反沖洗自動(dòng)監(jiān)控軟件是由組態(tài)軟件WinCC V5.1開發(fā)，同時(shí)使用Delphi 6對(duì)數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表生成功能進(jìn)行了擴(kuò)展和完善。該系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

下面對(duì)反沖洗自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)中的一些技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行介紹。

(1)  WinCC簡(jiǎn)介
    WinCC是一款優(yōu)秀的工控組態(tài)軟件，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控。WinCC的通訊功能非常強(qiáng)大，支持各種工業(yè)使用的通訊協(xié)議，比如PROFIBUS、MPI等，同時(shí)WinCC具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，支持第三方軟件開發(fā)的控件，而且自身帶有的C語言和VB Script語言可以讓使用者自己開發(fā)程序，解決工程中遇到的復(fù)雜問題。

(2)  模擬量監(jiān)控和報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)
    本系統(tǒng)共有7個(gè)模擬量，分別是緩沖罐、反沖洗罐、回收罐的液位，兩個(gè)泵的運(yùn)行電流和兩個(gè)反沖洗流量。WinCC通過PROFIBUS-DP總線和S7-300直接通訊，對(duì)上述7個(gè)模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和歸檔，并使用WinCC在線趨勢(shì)控件對(duì)模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示。
    使用WinCC報(bào)警組態(tài)功能對(duì)模擬量進(jìn)行上、下限報(bào)警組態(tài)和報(bào)警信息歸檔設(shè)置。在這里，通過ANSI-C腳本編程實(shí)現(xiàn)了WinCC沒有的報(bào)警提示窗口彈出和聲音報(bào)警功能。實(shí)現(xiàn)思路是編寫全局腳本，在腳本中設(shè)置布爾類型的報(bào)警標(biāo)識(shí)位和整數(shù)類型的未確認(rèn)報(bào)警條數(shù)變量，同時(shí)把報(bào)警標(biāo)識(shí)位設(shè)置為報(bào)警窗口顯示屬性的值。當(dāng)報(bào)警來臨時(shí)會(huì)觸發(fā)一個(gè)事件，將報(bào)警標(biāo)識(shí)位設(shè)為真，報(bào)警窗口顯示，當(dāng)報(bào)警確認(rèn)或消失時(shí)也會(huì)觸發(fā)一個(gè)事件，將報(bào)警標(biāo)識(shí)位設(shè)置為假，報(bào)警窗口隱藏；通過調(diào)用系統(tǒng)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，當(dāng)未確認(rèn)報(bào)警條數(shù)變量的值大于零時(shí)，表示有報(bào)警信息沒有得到確認(rèn)，腳本會(huì)調(diào)用系統(tǒng)聲音函數(shù)進(jìn)行聲音報(bào)警，如下：

if (alarmunack>0)  //如果報(bào)警還沒有得到確認(rèn)，即沒有確認(rèn)的報(bào)警信息數(shù)目大于0，則有聲音播放
  { SetTagBit(TAG_0,TRUE); //將報(bào)警標(biāo)識(shí)位設(shè)置為真
  Beep(500,1000);  //Beep聲音報(bào)警
  // 或者sndPlaySoundA("C:\\ SOUND36.WAV",SND_ASYNC|SND_LOOP); }
最后設(shè)置全局腳本的觸發(fā)器，這里選擇周期是1秒的觸發(fā)器。

(3)  數(shù)據(jù)查詢和復(fù)雜報(bào)表功能實(shí)現(xiàn)
    雖然WinCC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢功能，但是自身無法實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)查詢功能（比如多表查詢），同時(shí)WinCC自帶的報(bào)表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、樣式單一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的需要，所以需要使用第三方軟件對(duì)上述功能進(jìn)行擴(kuò)展和完善。Delphi 6 Win32程序開發(fā)語言內(nèi)置有Borland數(shù)據(jù)庫引擎（BDE），提供了一個(gè)高性能的可伸縮的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)技術(shù)和對(duì)數(shù)據(jù)庫全面控制的能力，通過它可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫操作；同時(shí)Delphi 6具有極強(qiáng)的OLE嵌入功能，可以對(duì)MS Excel進(jìn)行操作，通過Excel制作好復(fù)雜報(bào)表模板，然后使用Delphi將數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)的Excel表格里，這樣一個(gè)復(fù)雜報(bào)表的生成功能就實(shí)現(xiàn)了。現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。

(4)  反沖洗控制
    反沖洗控制模塊包括自動(dòng)反沖洗控制和手動(dòng)反沖洗控制兩套操作。自動(dòng)反沖洗操作是按照反沖洗參數(shù)設(shè)置中的信息進(jìn)行PLC自動(dòng)控制；手動(dòng)反沖洗操作允許工作人員手動(dòng)對(duì)反沖洗進(jìn)行操作，提高了反沖洗操作的靈活性。

6  結(jié)語

    本文在分析研究油田聯(lián)合站反沖洗系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，采用SIEMENS公司的S7-200，S7-300系列PLC，觸摸屏，模擬量、數(shù)字量輸入輸出模塊，通訊模塊，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)完成了反沖洗過程自動(dòng)控制系統(tǒng)，并把它應(yīng)用于油田聯(lián)合站。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：操作界面友好，流程動(dòng)畫生動(dòng)形象，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，過程數(shù)據(jù)歷史備份、查詢功能強(qiáng)大和報(bào)警功能齊全，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)，通訊便捷，并且使用Delphi編程來完善報(bào)表打印功能，克服了當(dāng)前工控系統(tǒng)打印輸出報(bào)表功能單調(diào)，無法滿足客戶要求的缺點(diǎn)。所以該系統(tǒng)具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。