组态王在联合站污水处理中的应用

　　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。

　　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。

　　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。

　　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