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1  引言

    油田聯合站反沖洗過程是采油生產中的一項基礎工作，它對油田污水過濾罐的過濾系統進行清洗操作，是提高油田污水過濾效果的一個重要措施，同時延長了過濾罐的使用壽命，提高了石油生產的經濟效益。目前的一些聯合站反沖洗系統沒有監控報警和自動控制系統，使崗位工人的工作量很大，同時由于人為疏忽導致生產事故，影響了正常工作生產。因此，研究反沖洗過程自動控制系統，推廣應用反沖洗系統的自動監控報警技術對于提高反沖洗效率和聯合站自動化水平具有十分重要的意義。

2  反沖洗系統工藝流程圖和監測點的選擇

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

根據現場運行的實際情況，以及生產過程中可能出現的問題，選取下列參數進行實時監控：
(1)  緩沖罐液位實時監測及其上、下限報警；
(2)  反沖洗罐液位實時監測及其上、下限報警；
(3)  回收罐液位實時監測及其上、下限報警；
(4)  兩個反沖洗泵的運行電流實時監測及其上、下限報警；
(5)  反沖洗主管道流量實時監測；
(6)  各個過濾罐的反沖洗進出口閥和過濾進出口閥狀態實時監測和控制。

3  系統組成及功能設計

    反沖洗自動控制系統要實現管理與控制一體化，控制系統不僅與下層控制設備有良好的接口，而且具有與上層管理系統集成的接口。所以反沖洗自動控制系統在底層采用PLC，上層則選用優秀的監控組態軟件，將反沖洗控制系統分為管理級、控制級、現場級。如圖2所示。管理級、控制級和現場級之間采用PROFIBUS-DP總線通訊協議。

(1)  管理級
    管理級是系統的核心部分，完成對污水處理過程各部分的管理和控制。管理級提供人機接口，是整個控制系統與外部信息交互的界面。管理級具有遠程控制操作功能、狀態顯示功能、數據處理功能、報警功能、報表功能、通訊功能等。控制室中設備為一臺安裝組態監控組態軟件的工控機和一套觸摸屏作為監控工程師操作站。

(2)  控制級
    控制級是實現系統功能的關鍵，也是管理級與現場級之間的樞紐層。其主要功能是接受管理層設置的參數或命令，對反沖洗生產過程進行控制，同時將現場狀態輸送到管理層。控制器是整個系統的核心，所以在控制級中，采用一個SIEMENS公司S7-300 CPU315-2DP及其電源模塊，數字量、模擬量輸入輸出模塊和PROFIBUS-DP通訊模塊做為控制系統。

(3)  現場級
    現場級是實現系統功能的基礎。現場級主要由S7-200 CPU224 DC/AC/RLY及其數字量輸入輸出模塊和通訊模塊EM277組成。其主要功能是對系統設備的狀態、傳感器參數進行監測，并把監測到的數據上傳，并能接受控制級的指令對執行機構進行控制。

    反沖洗自動監控軟件是由組態軟件WinCC V5.1開發，同時使用Delphi 6對數據查詢和報表生成功能進行了擴展和完善。該系統軟件結構圖如圖4所示。

下面對反沖洗自動監控系統開發中的一些技術難點和重點進行介紹。

(1)  WinCC簡介
    WinCC是一款優秀的工控組態軟件，廣泛應用于各種工業控制系統的數據采集及監控。WinCC的通訊功能非常強大，支持各種工業使用的通訊協議，比如PROFIBUS、MPI等，同時WinCC具有很強的擴展性，支持第三方軟件開發的控件，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程序，解決工程中遇到的復雜問題。

(2)  模擬量監控和報警功能實現
    本系統共有7個模擬量，分別是緩沖罐、反沖洗罐、回收罐的液位，兩個泵的運行電流和兩個反沖洗流量。WinCC通過PROFIBUS-DP總線和S7-300直接通訊，對上述7個模擬量進行實時采集和歸檔，并使用WinCC在線趨勢控件對模擬量進行實時曲線顯示。
    使用WinCC報警組態功能對模擬量進行上、下限報警組態和報警信息歸檔設置。在這里，通過ANSI-C腳本編程實現了WinCC沒有的報警提示窗口彈出和聲音報警功能。實現思路是編寫全局腳本，在腳本中設置布爾類型的報警標識位和整數類型的未確認報警條數變量，同時把報警標識位設置為報警窗口顯示屬性的值。當報警來臨時會觸發一個事件，將報警標識位設為真，報警窗口顯示，當報警確認或消失時也會觸發一個事件，將報警標識位設置為假，報警窗口隱藏；通過調用系統報警標準函數，當未確認報警條數變量的值大于零時，表示有報警信息沒有得到確認，腳本會調用系統聲音函數進行聲音報警，如下：

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

(3)  數據查詢和復雜報表功能實現
    雖然WinCC具有較強的數據存儲和查詢功能，但是自身無法實現一些復雜的數據查詢功能（比如多表查詢），同時WinCC自帶的報表系統結構簡單、樣式單一，遠遠無法滿足現場工作的需要，所以需要使用第三方軟件對上述功能進行擴展和完善。Delphi 6 Win32程序開發語言內置有Borland數據庫引擎（BDE），提供了一個高性能的可伸縮的數據庫結構技術和對數據庫全面控制的能力，通過它可以實現復雜的數據庫操作；同時Delphi 6具有極強的OLE嵌入功能，可以對MS Excel進行操作，通過Excel制作好復雜報表模板，然后使用Delphi將數據填寫到相應的Excel表格里，這樣一個復雜報表的生成功能就實現了。現場使用效果良好。

(4)  反沖洗控制
    反沖洗控制模塊包括自動反沖洗控制和手動反沖洗控制兩套操作。自動反沖洗操作是按照反沖洗參數設置中的信息進行PLC自動控制；手動反沖洗操作允許工作人員手動對反沖洗進行操作，提高了反沖洗操作的靈活性。

6  結語

    本文在分析研究油田聯合站反沖洗系統生產工藝的基礎上，采用SIEMENS公司的S7-200，S7-300系列PLC，觸摸屏，模擬量、數字量輸入輸出模塊，通訊模塊，工業控制計算機設計完成了反沖洗過程自動控制系統，并把它應用于油田聯合站。該系統的主要特點是：操作界面友好，流程動畫生動形象，運行穩定可靠，過程數據歷史備份、查詢功能強大和報警功能齊全，現場數據采集實時性強，通訊便捷，并且使用Delphi編程來完善報表打印功能，克服了當前工控系統打印輸出報表功能單調，無法滿足客戶要求的缺點。所以該系統具有實際推廣應用價值。