组态王在联合站污水处理中的应用

分类：技术教程日期：2008-09-17 00:00:00

摘要：介绍了联合站污水处理监控系统基于研华工控机与研华ADAM-5510的两级控制方式，并详细介绍了几个典型回路的控制方案及采用组态王作为开发平台的监控软件。
关键词：组态王；污水处理；数据采集
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