一、引言
大庆油田原油生产已进入高含水阶段，所采用的油水分离方法分为沉降脱水和复合电脱水两个阶段。主要工艺设备有游离水脱除器和电脱水器。油水分离的效果与对这些设备的控制方式有直接关系。大庆油田采油六厂某联合站的原油水分离控制部分均采用手动控制，数据采集，填写报表等都用人工完成，工人劳动强度大，又很难保证控制和采集数据的准确性。为此，该厂提出了对联合站的油水分离控制系统进行自动化改造，要求系统不仅要实现油水分离的自动控制，而且能将主控制室内的二次仪表用计算机上的形象直观画面来取代，以监视和控制现场设备运行状况。本文根据这些要求设计了油水分离自动控制系统。
二、工艺过程及工艺要求
来自各中转站的高含水油，首先进入游离水脱除器，脱掉原油中的大部分含水，再经加热炉加热，然后到电脱水器进行油水分离，最后经由净化油缓冲罐向外输送。联合站现场分为游离水脱除区、加热炉区、电脱水区和成品油外输区四个部分。
其中游离水脱除区有三台游离水脱除器，它是联合站转油脱水过程中的主要装置。电脱水区有四台电脱水器，是原油脱水的核心装置。游离水脱除器和电脱水器的油水界面高度和罐内及输油管压
经过沉降脱水得到的原油再经加热炉升温后，才进入电脱水器。温度过低会影响生产，温度过高造成能源的浪费。因此，系统中需要根据原油脱水工艺设定的温度值，对加热炉燃烧情况进行自动调节。
外输油区有一个净化油罐和净化油缓冲罐，其中净化油缓冲罐的出口流量由油出口调节阀和变频器根据缓冲罐的液位和压力来自动控制，其中变频器控制外输油泵的转速。
根据工艺要求，控制系统中需要监控的参数主要有：油水界面高度、液位、压力、温度和流量。
三、控制系统总体结构
该联合站的几个工作区相距100米左右，而且要求总控室和外输段能够自动监控各个工作区设备的运行状况，并根据检测的参数对系统进行自动控制。控制系统中上位机采用工控机，控制器采用罗克韦尔自动化的SLC500可编程序控制器，对于距离较远的工作区采用DeviceNet现场总线通讯。系统硬件组成如图1所示。
图1 转油放水控制系统总体结构
现场中，总控室位于电脱水区和加热炉区之间，SLC控制器也在总控室中，通过DH+网络与工控机相连。因此SLC控制器的本地输入输出模块直接控制电脱水段和加热炉段。游离水段作为DeviceNet的一个节点，用FlexIO与现场的液位、压力变送器和调节阀相连。净化油外输段的FlexIO、变频器和人机接口界面PanelView1400分别是DeviceNet的一个独立站点，其中FlexIO连接现场的液位、压力变送器和调节阀；变频器控制外输油的流量；PanelView1400用于在外输段监控整个系统的运行状况。
系统中的界面高度、压力、温度等信号都由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4～20mA电流信号，经安全栅送入SLC500控制器的本地输入模块或DeviceNet网上的FlexIO输入模块。控制信号由相应的输出模块以4～20mA电流形式控制气动调解阀。整个系统中输入信号有8个界面高度传感器；4个液位传感器；4个温度传感器；10个压力变送器，输出信号有8个液位调解阀，7个压力调解阀。外输油流量的测量是通过一次仪表把流量信号转换为脉冲信号，经屏蔽电缆传输到SLC的高速计数模块，从而测得输送到下个站的净化油流量。
四、程序设计
控制系统的软件设计由显示操作程序和过程控制程序两部分组成。显示操作程序包括上位机和人机接口界面两部分，上位机显示操作采用罗克韦尔软件的RSView32TM组态软件，在上位计算机编制显示控制程序，完成各种显示、控制与生产报表等功能。人机接口界面使用PanelBuilder软件编制界面显示和控制程序，由此实现生产过程的远程监视和控制。过程控制程序使用罗克韦尔软件的Rslogix500软件编制SLC500控制程序，实现对生产过程的直接控制和数据采集。上位计算机与SLC500控制器之间是通过DH+网实现数据通信的。一方面将过程控制中的参数传送给上位机，用于存储、显示、制表、打印；另一方面将工作人员通过显示操作站设置的控制参数发送给SLC500控制器。由控制器按操作员的要求实现对生产过程的直接控制。
4.1 显示操作程序设计
RSView32TM软件是罗克韦尔软件公司提供的上位机组态软件，通过编程可以实现监控系统所需的人机界面。PLC
采集的数据可以根据需要通过数字、图形、动画、等多种形式显示出来，该软件还具有存储数据历史纪录、趋势图显示、报警监视和自动生成报表和打印等功能。利用RSView32TM软件的开放式设计还可以很容易地与Microsoft产品共享信息。在油水分离控制系统中上位机和人机接口界面显示操作程序都有：工艺参数显示、各控制回路的ＰＩＤ调节、手自动控制切换、报警监视等界面，其中工艺参数是以工艺流程图的形式显示的。另外上位机控制界面还有参数汇总、参数设置、历史数据纪录、趋势图、报表打印等界面。在编成时，充分利用RSView32TM软件图形处理能力强的优点，绘制出形象直观的工艺流程画面。图2是用RSView32TM软件绘制的游离水段和加热炉段工艺流程图，在工艺流程图上直接显示监测点和控制点的位置和参数值。另外还将在RSView32TM软件上绘制的流程图导入PanelBuilder的程序中作为PanelView的背景图，使上位机和人机接口界面以相同的画面显示，这样既实现了工作站与远程监控界面的一致性，又充分弥补了PanelBuilder软件在图形处理能力不强和汉字显示不够灵活方面的不足。在上位机和人
图2 加热炉段与电脱水段工艺流程图
系统中参数显示界面能够实时显示包括罐内的液面、油水界面、压力、温度、流量以及阀门开度百分比等。参数设置界面用于设置各传感器和变送器的量程，初始值；报警上、下限；PID控制设定值等。报警指示采用声光报警，系统中任意参数超过报警上下限时，该参数就会以红色闪烁显示，当报警被确认后，报警声音消除，参数仍以红色固定显示，直到参数恢复到正常值，才恢复到正常的绿色显示，报警消除。在历史趋势图画面，可以通过曲线趋势图来选择查询记录在案的以往各个参数的历史纪录，这些参数值都是按照一定的时间顺序和采样周期记录保存的。
4.2 过程控制程序
PLC控制程序分为数据采集、PID调节和报警控制三部分。其中数据采集程序将模拟量输入模块采集进来的数字量，通过参数整定，转化为工程量用于上位机和人机接口界面的实时显示。同时将上位机和人机接口界面的设置值（工程量）转换为PLC所能处理的数字量。
系统中的压力和界面高度调节阀都采用PID调节控制，由于系统中压力变化快，而界面高度相对变化较慢，因此液位调节阀只采用PI控制，设置积分时间较长。而压力调节阀采用PID控制，且积分时间较短。
当出现报警时，程序控制工作站的红色报警指示灯亮，同时使报警蜂鸣器鸣叫，工作人员可以按下消音按钮来停止蜂鸣器鸣叫，而只有报警参数恢复到正常值后，报警指示灯才熄灭，对于重要参数的报警，控制系统能够自动采取必要的应急措施。例如，油出口汇管压力过高，控制程序会自动加大调节阀开度和外输油段变频器转速，来缓解压力，以免调节阀损坏和出现原油泄漏。
五、结论
本文设计的油水分离自动控制系统具有以下特点：(1)控制品质好，减少了工艺参数的波动。系统采用ＰＩＤ调节控制，能够将重要的参数控制在理想的范围内。(2)控制功能齐全，人机界面良好，易于学习，操作方便。(3) 提高了企业管理水平。数据处理方便，可随时查找每月每天的班报、日报、历史趋势曲线、重要参数报警信息等，并根据需要选择打印这些参数。(4)系统组态灵活，控制方案便于调整。采用DeviceNet网络，可随时通过添加节点来扩大监控能力，以灵活适应工艺改造的需要。该油水分离自动控制系统的投入运行，大大减轻了工人的劳动强度，为节能、降耗、增产和加强企业的管理奠定了基础，在油田具有很大的推广应用价值。
