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 摘要：RSView32TM是一種可集成、基于人機接口界面組件、用于監(jiān)控自動化機械及過程的上位機組態(tài)軟件。本文重點介紹了RSView32TM軟件的功能及其在油田油水分離控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，還介紹了油水分離的工藝過程和控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件 PLC 油水分離

一、引言
        大慶油田原油生產(chǎn)已進(jìn)入高含水階段，所采用的油水分離方法分為沉降脫水和復(fù)合電脫水兩個階段。主要工藝設(shè)備有游離水脫除器和電脫水器。油水分離的效果與對這些設(shè)備的控制方式有直接關(guān)系。大慶油田采油六廠某聯(lián)合站的原油水分離控制部分均采用手動控制，數(shù)據(jù)采集，填寫報表等都用人工完成，工人勞動強度大，又很難保證控制和采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為此，該廠提出了對聯(lián)合站的油水分離控制系統(tǒng)進(jìn)行自動化改造，要求系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)油水分離的自動控制，而且能將主控制室內(nèi)的二次儀表用計算機上的形象直觀畫面來取代，以監(jiān)視和控制現(xiàn)場設(shè)備運行狀況。本文根據(jù)這些要求設(shè)計了油水分離自動控制系統(tǒng)。

二、工藝過程及工藝要求　　
        來自各中轉(zhuǎn)站的高含水油，首先進(jìn)入游離水脫除器，脫掉原油中的大部分含水，再經(jīng)加熱爐加熱，然后到電脫水器進(jìn)行油水分離，最后經(jīng)由凈化油緩沖罐向外輸送。聯(lián)合站現(xiàn)場分為游離水脫除區(qū)、加熱爐區(qū)、電脫水區(qū)和成品油外輸區(qū)四個部分。

         其中游離水脫除區(qū)有三臺游離水脫除器，它是聯(lián)合站轉(zhuǎn)油脫水過程中的主要裝置。電脫水區(qū)有四臺電脫水器，是原油脫水的核心裝置。游離水脫除器和電脫水器的油水界面高度和罐內(nèi)及輸油管壓力是保證油水分離質(zhì)量的重要參數(shù)。在實際生產(chǎn)過程中利用放水閥來調(diào)節(jié)油水界面的高度，油出口調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)罐內(nèi)和輸油管壓力。這兩個參數(shù)不是獨立的，無論是調(diào)整放水閥還是油出口調(diào)節(jié)閥，這兩個參數(shù)都同時受到影響，在控制系統(tǒng)中需要綜合考慮這兩個參數(shù)，以使系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運行。

        經(jīng)過沉降脫水得到的原油再經(jīng)加熱爐升溫后，才進(jìn)入電脫水器。溫度過低會影響生產(chǎn)，溫度過高造成能源的浪費。因此，系統(tǒng)中需要根據(jù)原油脫水工藝設(shè)定的溫度值，對加熱爐燃燒情況進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

        外輸油區(qū)有一個凈化油罐和凈化油緩沖罐，其中凈化油緩沖罐的出口流量由油出口調(diào)節(jié)閥和變頻器根據(jù)緩沖罐的液位和壓力來自動控制，其中變頻器控制外輸油泵的轉(zhuǎn)速。

        根據(jù)工藝要求，控制系統(tǒng)中需要監(jiān)控的參數(shù)主要有：油水界面高度、液位、壓力、溫度和流量。

三、控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
        該聯(lián)合站的幾個工作區(qū)相距100米左右，而且要求總控室和外輸段能夠自動監(jiān)控各個工作區(qū)設(shè)備的運行狀況，并根據(jù)檢測的參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行自動控制?？刂葡到y(tǒng)中上位機采用工控機，控制器采用羅克韋爾自動化的SLC500可編程序控制器，對于距離較遠(yuǎn)的工作區(qū)采用DeviceNet現(xiàn)場總線通訊。系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

        現(xiàn)場中，總控室位于電脫水區(qū)和加熱爐區(qū)之間，SLC控制器也在總控室中，通過DH+網(wǎng)絡(luò)與工控機相連。因此SLC控制器的本地輸入/輸出模塊直接控制電脫水段和加熱爐段。游離水段作為DeviceNet的一個節(jié)點，用FlexI/O與現(xiàn)場的液位、壓力變送器和調(diào)節(jié)閥相連。凈化油外輸段的FlexI/O、變頻器和人機接口界面PanelView1400分別是DeviceNet的一個獨立站點，其中FlexI/O連接現(xiàn)場的液位、壓力變送器和調(diào)節(jié)閥；變頻器控制外輸油的流量；PanelView1400用于在外輸段監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀況。

        系統(tǒng)中的界面高度、壓力、溫度等信號都由對應(yīng)的一次儀表傳感器或變送器檢測出來并轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA電流信號，經(jīng)安全柵送入SLC500控制器的本地輸入模塊或DeviceNet網(wǎng)上的FlexI/O輸入模塊?？刂菩盘栍上鄳?yīng)的輸出模塊以4～20mA電流形式控制氣動調(diào)解閥。整個系統(tǒng)中輸入信號有8個界面高度傳感器；4個液位傳感器；4個溫度傳感器；10個壓力變送器，輸出信號有8個液位調(diào)解閥，7個壓力調(diào)解閥。外輸油流量的測量是通過一次儀表把流量信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，經(jīng)屏蔽電纜傳輸?shù)絊LC的高速計數(shù)模塊，從而測得輸送到下個站的凈化油流量?！　?br /> 　
四、程序設(shè)計
        控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計由顯示操作程序和過程控制程序兩部分組成。顯示操作程序包括上位機和人機接口界面兩部分，上位機顯示操作采用羅克韋爾軟件的RSView32TM組態(tài)軟件，在上位計算機編制顯示控制程序，完成各種顯示、控制與生產(chǎn)報表等功能。人機接口界面使用PanelBuilder軟件編制界面顯示和控制程序，由此實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。過程控制程序使用羅克韋爾軟件的Rslogix500軟件編制SLC500控制程序，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接控制和數(shù)據(jù)采集。上位計算機與SLC500控制器之間是通過DH+網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的。一方面將過程控制中的參數(shù)傳送給上位機，用于存儲、顯示、制表、打?。涣硪环矫鎸⒐ぷ魅藛T通過顯示操作站設(shè)置的控制參數(shù)發(fā)送給SLC500控制器。由控制器按操作員的要求實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接控制。

        4.1 顯示操作程序設(shè)計
        Rsview32TM軟件是羅克韋爾軟件公司提供的上位機組態(tài)軟件，通過編程可以實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)所需的人機界面。PLC采集的數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要通過數(shù)字、圖形、動畫、等多種形式顯示出來，該軟件還具有存儲數(shù)據(jù)歷史紀(jì)錄、趨勢圖顯示、報警監(jiān)視和自動生成報表和打印等功能。利用RSView32TM軟件的開放式設(shè)計還可以很容易地與Microsoft產(chǎn)品共享信息。

        在油水分離控制系統(tǒng)中上位機和人機接口界面顯示操作程序都有：工藝參數(shù)顯示、各控制回路的ＰＩＤ調(diào)節(jié)、手/自動控制切換、報警監(jiān)視等界面，其中工藝參數(shù)是以工藝流程圖的形式顯示的。另外上位機控制界面還有參數(shù)匯總、參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)紀(jì)錄、趨勢圖、報表打印等界面。在編成時，充分利用RSView32TM軟件圖形處理能力強的優(yōu)點，繪制出形象直觀的工藝流程畫面。圖2是用RSView32TM軟件繪制的游離水段和加熱爐段工藝流程圖，在工藝流程圖上直接顯示監(jiān)測點和控制點的位置和參數(shù)值。另外還將在RSView32TM軟件上繪制的流程圖導(dǎo)入PanelBuilder的程序中作為PanelView的背景圖，使上位機和人機接口界面以相同的畫面顯示，這樣既實現(xiàn)了工作站與遠(yuǎn)程監(jiān)控界面的一致性，又充分彌補了PanelBuilder軟件在圖形處理能力不強和漢字顯示不夠靈活方面的不足。在上位機和人機接口界面上都能圖文并茂的實時顯示過程變量和控制變量。

        系統(tǒng)中參數(shù)顯示界面能夠?qū)崟r顯示包括罐內(nèi)的液面、油水界面、壓力、溫度、流量以及閥門開度百分比等。參數(shù)設(shè)置界面用于設(shè)置各傳感器和變送器的量程，初始值；報警上、下限；PID控制設(shè)定值等。報警指示采用聲光報警，系統(tǒng)中任意參數(shù)超過報警上下限時，該參數(shù)就會以紅色閃爍顯示，當(dāng)報警被確認(rèn)后，報警聲音消除，參數(shù)仍以紅色固定顯示，直到參數(shù)恢復(fù)到正常值，才恢復(fù)到正常的綠色顯示，報警消除。在歷史趨勢圖畫面，可以通過曲線趨勢圖來選擇查詢記錄在案的以往各個參數(shù)的歷史紀(jì)錄，這些參數(shù)值都是按照一定的時間順序和采樣周期記錄保存的。

        4.2 過程控制程序
        PLC控制程序分為數(shù)據(jù)采集、PID調(diào)節(jié)和報警控制三部分。其中數(shù)據(jù)采集程序?qū)⒛M量輸入模塊采集進(jìn)來的數(shù)字量，通過參數(shù)整定，轉(zhuǎn)化為工程量用于上位機和人機接口界面的實時顯示。同時將上位機和人機接口界面的設(shè)置值（工程量）轉(zhuǎn)換為PLC所能處理的數(shù)字量。

        系統(tǒng)中的壓力和界面高度調(diào)節(jié)閥都采用PID調(diào)節(jié)控制，由于系統(tǒng)中壓力變化快，而界面高度相對變化較慢，因此液位調(diào)節(jié)閥只采用PI控制，設(shè)置積分時間較長。而壓力調(diào)節(jié)閥采用PID控制，且積分時間較短。

        當(dāng)出現(xiàn)報警時，程序控制工作站的紅色報警指示燈亮，同時使報警蜂鳴器鳴叫，工作人員可以按下消音按鈕來停止蜂鳴器鳴叫，而只有報警參數(shù)恢復(fù)到正常值后，報警指示燈才熄滅，對于重要參數(shù)的報警，控制系統(tǒng)能夠自動采取必要的應(yīng)急措施。例如，油出口匯管壓力過高，控制程序會自動加大調(diào)節(jié)閥開度和外輸油段變頻器轉(zhuǎn)速，來緩解壓力，以免調(diào)節(jié)閥損壞和出現(xiàn)原油泄漏。

五、結(jié)論
        本文設(shè)計的油水分離自動控制系統(tǒng)具有以下特點：(1)控制品質(zhì)好，減少了工藝參數(shù)的波動。系統(tǒng)采用ＰＩＤ調(diào)節(jié)控制，能夠?qū)⒅匾膮?shù)控制在理想的范圍內(nèi)。(2)控制功能齊全，人機界面良好，易于學(xué)習(xí)，操作方便。(3) 提高了企業(yè)管理水平。數(shù)據(jù)處理方便，可隨時查找每月每天的班報、日報、歷史趨勢曲線、重要參數(shù)報警信息等，并根據(jù)需要選擇打印這些參數(shù)。(4)系統(tǒng)組態(tài)靈活，控制方案便于調(diào)整。采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，可隨時通過添加節(jié)點來擴(kuò)大監(jiān)控能力，以靈活適應(yīng)工藝改造的需要。該油水分離自動控制系統(tǒng)的投入運行，大大減輕了工人的勞動強度，為節(jié)能、降耗、增產(chǎn)和加強企業(yè)的管理奠定了基礎(chǔ)，在油田具有很大的推廣應(yīng)用價值。

文章來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)羅克韋爾自動化實驗室 李鳳閣、梁慧敏、林景波、佟為明