摘要：RSView32TM是一種可集成、基于人機(jī)接口界面組件、用于監(jiān)控自動(dòng)化機(jī)械及過程的上位機(jī)組態(tài)軟件。本文重點(diǎn)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(gè)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(duì)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(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集，填寫報(bào)表等都用人工完成，工人勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)聯(lián)合站的油水分離控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，要求系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)油水分離的自動(dòng)控制，而且能將主控制室內(nèi)的二次儀表用計(jì)算機(jī)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(yùn)行狀況。本文根據(jù)這些要求設(shè)計(jì)了油水分離自動(dòng)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(gè)部分。
其中游離水脫除區(qū)有三臺(tái)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(tái)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(shí)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(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，無論是調(diào)整放水閥還是油出口調(diào)節(jié)閥，這兩個(gè)參數(shù)都同時(shí)受到影響，在控制系統(tǒng)中需要綜合考慮這兩個(gè)參數(shù)，以使系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)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(huì)影響生產(chǎn)，溫度過高造成能源的浪費(fèi)。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(duì)加熱爐燃燒情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
外輸油區(qū)有一個(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)監(jiān)控各個(gè)工作區(qū)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并根據(jù)檢測的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。控制系統(tǒng)中上位機(jī)采用工控機(jī)，控制器采用羅克韋爾自動(dòng)化的SLC500可編程序控制器，對(duì)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(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)，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(jī)接口界面PanelView1400分別是DeviceNet的一個(gè)獨(dú)立站點(diǎn)，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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
系統(tǒng)中的界面高度、壓力、溫度等信號(hào)都由對(duì)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(hào)，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。控制信號(hào)由相應(yīng)的輸出模塊以4～20mA電流形式控制氣動(dòng)調(diào)解閥。整個(gè)系統(tǒng)中輸入信號(hào)有8個(gè)界面高度傳感器；4個(gè)液位傳感器；4個(gè)溫度傳感器；10個(gè)壓力變送器，輸出信號(hào)有8個(gè)液位調(diào)解閥，7個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，經(jīng)屏蔽電纜傳輸?shù)絊LC的高速計(jì)數(shù)模塊，從而測得輸送到下個(gè)站的凈化油流量。
四、程序設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(jī)和人機(jī)接口界面兩部分，上位機(jī)顯示操作采用羅克韋爾軟件的RSView32TM組態(tài)軟件，在上位計(jì)算機(jī)編制顯示控制程序，完成各種顯示、控制與生產(chǎn)報(bào)表等功能。人機(jī)接口界面使用PanelBuilder軟件編制界面顯示和控制程序，由此實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的直接控制和數(shù)據(jù)采集。上位計(jì)算機(jī)與SLC500控制器之間是通過DH+網(wǎng)實(shí)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(jī)，用于存儲(chǔ)、顯示、制表、打印；另一方面將工作人員通過顯示操作站設(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(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的直接控制。
4.1 顯示操作程序設(shè)計(jì)
Rsview32TM軟件是羅克韋爾軟件公司提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，通過編程可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)所需的人機(jī)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(dòng)畫、等多種形式顯示出來，該軟件還具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)歷史紀(jì)錄、趨勢圖顯示、報(bào)警監(jiān)視和自動(dòng)生成報(bào)表和打印等功能。利用RSView32TM軟件的開放式設(shè)計(jì)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(jī)和人機(jī)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(dòng)控制切換、報(bào)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(jī)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(bào)表打印等界面。在編成時(shí)，充分利用RSView32TM軟件圖形處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)和控制點(diǎn)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(jī)和人機(jī)接口界面以相同的畫面顯示，這樣既實(shí)現(xiàn)了工作站與遠(yuǎn)程監(jiān)控界面的一致性，又充分彌補(bǔ)了PanelBuilder軟件在圖形處理能力不強(qiáng)和漢字顯示不夠靈活方面的不足。在上位機(jī)和人機(jī)接口界面上都能圖文并茂的實(shí)時(shí)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(shí)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(bào)警上、下限；PID控制設(shè)定值等。報(bào)警指示采用聲光報(bào)警，系統(tǒng)中任意參數(shù)超過報(bào)警上下限時(shí)，該參數(shù)就會(huì)以紅色閃爍顯示，當(dāng)報(bào)警被確認(rèn)后，報(bào)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(bào)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(gè)參數(shù)的歷史紀(jì)錄，這些參數(shù)值都是按照一定的時(shí)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(bào)警控制三部分。其中數(shù)據(jù)采集程序?qū)⒛M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(jī)和人機(jī)接口界面的實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)將上位機(jī)和人機(jī)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(duì)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(shí)間較長。而壓力調(diào)節(jié)閥采用PID控制，且積分時(shí)間較短。
當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，程序控制工作站的紅色報(bào)警指示燈亮，同時(shí)使報(bào)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(bào)警參數(shù)恢復(fù)到正常值后，報(bào)警指示燈才熄滅，對(duì)于重要參數(shù)的報(bào)警，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)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(huì)自動(dòng)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(jì)的油水分離自動(dòng)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)控制品質(zhì)好，減少了工藝參數(shù)的波動(dòng)。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(jī)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(shí)查找每月每天的班報(bào)、日?qǐng)?bào)、歷史趨勢曲線、重要參數(shù)報(bào)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(shí)通過添加節(jié)點(diǎn)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(dòng)控制系統(tǒng)的投入運(yùn)行，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為節(jié)能、降耗、增產(chǎn)和加強(qiáng)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(jià)值。
文章來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 李鳳閣、梁慧敏、林景波、佟為明
