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组态王在联合站污水处理中的应用

   日期:2008-09-23     作者:管理员    

  1 引言

  联合站是油田生产的一个重要部门,其主要作用是将开采的原油集中进行运输、存储。在此过程中,要对含水原油进行脱水处理。如图1 所示,基本的处理流程为:含油污水进入一次和二次沉降罐,在重力的作用下,经过一段时间,污油、污水和油水混合液中的污泥自然分离。污油从大罐中上部的溢流口排出;污泥由罐底的四个定时开关的排泥阀排入污泥浓缩罐,由污泥浓缩泵打入过滤筛,滤去水分,压缩成干泥运走。污水进入外输缓冲罐准备外输。为保证水质,在外输前还要经过精细过滤处理。另外,各罐都使用天然气作密闭气体,使得污水与氧气分离,减少对罐体和管道的腐蚀。

组态王在联合站污水处理中的应用如图

  油田各联合站目前采用的污水处理系统大都设计的比较早,整套流程大部分依靠手工操作,劳动强度高。大罐液位还需定时上罐人工检尺,效率低、危险性大。下面介绍的全站污水处理自控系统,可以较好地解决上述问题。

  2 系统构成

  为保证系统的稳定性和可靠性,采用两级控制方案对整套污水处理流程进行监控。上位机选用研华工控机(IPC-610H),下位机选用研华公司的ADAM-5510亚当模块,系统构成如图2 所示。

组态王在联合站污水处理中的应用如图

  上位机的作用主要是提供一

个人机交互界面,使操作人员可以直观的了解现场各工艺参数,根据生产需要发出相应的控制指令。另外还可以使用大容量存储器记录历史数据,管理人员据此了解一段时间内的生产状况,为提高生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。为实现以上功能,组态软件是最优的选择。这里使用的是目前国内组态软件市场占有量第一的“组态王”作为开发平台,它集控制技术、数据库技术、网络技术、人机界面技术、图形技术于一身,包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通信等组件,提供了一个友好的用户界面,只需编写少量的代码即可生成高质量的控制系统。研华ADAM-5510以其体积小、功能多、可靠性高等优点,在自控行业中得到了广泛的使用。整套污水处理流程共有120 多个监控点,包括压力、流量、温度、液位、频率、泵运行状态等。各物理参数通过相应的变送器得到4~20mA 的标准信号,通过屏蔽电缆接至PLC的AI 或DI 模块。由于采用电流方式传输,因此传输距离远,而且具有较好的抗干扰能力。控制信号通过PLC 的AO 或DO 模块发出,控制现场的执行机构动作。由于现场有大量的油、气,因此所有设备均采用防爆产品。

  由于现场监控点多,为降低成本,减轻维护工作量,在模块选择上应注意以下几点:① 模块种类要尽量少,以减少备件,便于更换;② 单一模块采样点数要多,如选取的AI 模块最多可采集8 点,DO 模块可输出32 点;③ 采样精度要高,尤其是对流量的计量,关系到全站的日处理能力综合评价。操作人员通过上位机向研华ADAM-5510发出相应的控制指令后,由研华ADAM-5510对现场进行直接控制,这种方案有效的降低了风险。例如操作人员可在上位机修改定时排泥时间,发送给研华ADAM-5510后,由研华ADAM-5510 进行控制,此时即便上位机出现故障(如死机、掉电等),也不会影响系统的正常运行。研华ADAM-5510及所有的接线端子放在一个机柜内,与上位机的通讯采用RS485 方式,这种方式传输距离远,可将上位机放置在另外一房间内,大大改善工人的操作环境。

  3 测控方案

  3.1 排泥阀控制

  现场使用的排泥阀为电动蝶阀,旁边有1 个控制柜,用3 个按钮控制电机的正转、反转、停止,分别对应阀门的开、关、停。3 个按钮的操作具有自锁与互锁功能。使用PLC 的DO模块控制3 个小继电器的动作,再把其触点与3 个按钮开关并联或串联,达到远程控制的目的。为保证自控系统断开时现场仍能手动操作,在使用小继电器的触点时,要注意常开、常闭的选择。

  3.2 连锁停泵

  当罐内液位较低时,系统发出声光报警,提醒操作人员注意检查,如液位继续降低,则自动发出连锁停泵信号,停止外输泵的运行。原外输泵电机由一控制柜控制,工作电压为380V,在研华ADAM-5510与控制柜之间增设一中间继电器,其常闭触点串联在电机控制回路中,当PLC 发出停机信号后,电机控制回路断电停机。为保证操作人员与设备的安全性,自控系统不设远程启动功能,当需要再次开启外输泵时,由操作人员手动控制。

  3.3 泵运行状态的检测

  由于泵需要定期维护,因此需要累计泵的运行时间,这就要求对泵的运行状态进行检测。检测方法为从泵的控制回路的辅助触点取信号,送入研华ADAM-5510的开关量测量模块。为使现场与研华ADAM-5510完全隔离,中间需加辅助继电器。

  4 软件设计

  由于上位机监控软件采用组态王作为开发平台,因此大大缩短了开发周期。在设计中,首先要把实时数据库建好,它是整套监控系统的核心,然后把各功能模块进行恰当的组合。监控 系统的大部分功能都可由组态王直接完成,以下是在软件设计中几个比较典型的应用。

组态王在联合站污水处理中的应用如图

  4.1 流量的累计

  系统中共有6 条水管线需要检测流量,所配备的流量计输出信号为瞬时流量,而站内要求计量每天的污水处理总量。为实现此功能,在组态王的变量定义转换方式中,提供直接累计和差值累计两种计算方法,对流量的累计应采用直接累计法(参见组态王使用说明)。为保证累计精度,采样周期应设置的尽量小。

  4.2 实时监视

  整套系统共有6 幅实时显示画面,包括系统总貌(如图3 所示)、沉降罐、外输罐、反冲洗流程、外输泵组、加药流程。每个画面均可实时显示各工艺参数。为保证操作人员可一目了然的观察全站运行状况,在工艺流程画面中,所有设备的放置与现场完全一致,罐体上用棒状图表示液位的高低,其它参数(如流量、压力等)在相应位置用数值表示。组态王提供了实时趋势曲线组件,它可以自动滚动。其中X轴为时间轴,可以设定时间显示的格式、时间跨度和更新频率等。Y轴为数值轴,为使同一画面显示多条曲线,Y 轴单位以百分数表示,即以变量值与变量范围的比值来表示。测量参数不在正常值范围内时,报警窗口显示越限时间、变量名

(对应于温度或液位)、当前值及界限值等。当新报警出现时,报警窗口自动滚动,窗口总是显示最后出现的报警事件。画面中的阀门和泵可手动操作改变其状态。由组态王提供的功能,可为各个实时显示的参数设置颜色,如高报为红色,低报为黄色,正常值为绿色。

  4.3 历史记录的存储和查询

  在定义变量时,记录可设定为不记录、数据变化时记录和定时记录。要根据实际情况选择相应的设置,如流量变化较快,可选择“定时记录”;大罐液位变化较慢,可选择“数据变化时记录”,这样有利于节省存储空间。对于历史数据的查询,组态王提供了历史趋势曲线,该曲线的使用和实时趋势曲线相似,但不能自动滚动,只能通过设定查询的起始、终止时间来显示曲线的走向。

  4.4 报表的显示和打印

  报表有实时报表和历史报表2 种。实时报表的制作比较简单,可用WORD 创建报告的模板,然后借助组态王提供的相关函数,把当前的参数值显示于RichText 控件中。历史报表有日报、月报和年报,由于报表格式复杂,中间还有大量的公式计算,因此使用Excel 电子表格,自行编写程序从历史数据库中读取相关变量,添入表格。

  5 系统功能

  (1) 具有污水处理生产工况动态显示功能。
  (2) 各检测参数均有实时及历史趋势显示功能。
  (3) 具有生产预警和状态报警提示等功能,有效监视生产运行状态,可设置参数报警优先级和报警上下限。
  (4) 具有生产运行参数修改功能,对系统内所有可变参数,如仪表量程、上下限报警值、控制器参数等均可根据调整需要加以修正。
  (5) 具有生产运行参数报表打印功能,可随时打印各种实时报表和历史数据报表。
  (6) 通过PID 调节功能,可实现污水加药量的自动控制。
  (7) 实时监测各泵的运行状态(启、停、故障)。
  (8) 一次、二次沉降罐定时收油,定时排泥。
  (9) 液位高、低限报警连锁停泵。
  (10) 具有检测信号的故障自诊断功能。
  (11) 系统设置多级安全密码,可有效的避免重要参数被随意修改。

  6 结语

  综上所述,系统采用组态王作为开发平台,实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询,报表的显示和打印等功能,且用户界面操作方便、易于学习,深受用户好评。该系统具有较好的通用性、扩展性和可维护性,投入使用以来,运行稳定、可靠,数据采集准确,大大降低了工人的劳动强度,提高了管理水平
 

 
  
  
  
  
 
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