油田污水处理设备的分布式PLC自动控制系统.pdf

一 5 O 一 石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 1 牟第 3 9卷第 6期 ． ． 应 用技术 油 田污水处理设备 的分布 式 P L C自动控 制系统 段文益 莫同鸿 李 红。 渠慎峰。 1 ．江汉机械研究所2 ．北京康布 尔石油技术发展 有限公 司 3 ．大港油田采油三厂 摘 要 针对 大型 油 田污水处 理设备 负载量 大和 控制 点 多 ，必 须满足 油 田对 控 制系统 防爆 性 能 的要求，还必须现场配置防爆控制柜就近控制，以实现部分操作功能等问题，采用 D P主、从站 结构开发 出分布式 P L C自动控制系统。该 系统将从站 P L C放置在设备现场，就近控制，将带有触 摸屏的主控制柜放在值班室，监控整个系统，主站与从站之间仅铺设 1根通讯 电缆，就可很好地 实现 自动监控兼容现场人工控制，移运性好。现场应用表 明，该控制系统操作界面友好，操作简 单，完全满足油田对设备的控制要求及防爆要求，减轻 了工人 的劳动强度，避免误操作，提高 了 生 产效率 关键词 污水处理设备 分布式D P主站D P从站 自动控制 0 引 言 油 田污水处理设 备需要控制 的负载主要是 阀 门、搅拌 器 和各 种 泵 等，其 控 制 系统 一般 基 于 P L C。小型污水处理设备由于负载数量少 ，其控制 系统往往设计成集 中式 P L C自动控制系统。大型 污水处理设备负载量大和控制点多，而且必须满足 油田对控制系统防爆性能的要求 ，还必须现场配置 防爆控制柜就近控制 ，以实现部分操作功能 。如果 采用集中式 P L C系统，必须铺设大量的控制电缆 将各种控制信号 引到远处 的控制柜 ，这样既不经 济 ，也会因电磁干扰导致整个系统不稳定，因此有 防爆要求的大型污水控制系统必须设计成大中型分 布式 P L C系统。 埕海油 田一体化污水处理设备属大型污水处理 设备 ，由4套独立 的一体化污水处理装置组成 ，4 套设备橇并联运行 。设备具有除油 、除泥、除渣 、 过滤和反冲洗等功能，单罐反洗时 ，不影响正常的 生产运行 ，留足余量，确保安全生产。其分布式 P L C自动控制 系统将从 站 P L C放 置在设 备现场 ， 就近控制 ，将带有触摸屏的主控制柜放在值班室， 监 控整个 系统 ，主站与从 站之 间仅铺设 1 根通讯 电 缆 ，就可很好地实现 自动监控兼容现场人工控制， 操作简单 ，移运性好。整个控制系统可靠性高 ，满 足油田的各种控制要求 ，也符合防爆要求。 1 控制要求 4套一体化污水处理装置配备 1 套控制系统 、 1 个控制柜 、2个现场 防爆操作柜 、4个 防爆接线 箱 、4台控制反洗泵、8台搅拌器 、4台液压站 、8 个液压缸和 1 2 8 个气动阀。为方便工人操作 ，操作 控制柜须安放在值班室，采用西门子公司 s 73 0 0 型系列可编程控制器和 1 9英寸 T P 3 7 7彩色触摸屏， 作为控制系统的核心部件 ，通过工艺流程软件和触 摸屏软件控制各个执行元件的动作 ，可靠地实现整 机工艺流程 的自动控制。 控制柜内的 P L C通过程序控制设备生产过程 包括过滤 、反洗、排油和排 泥 ，整套设备实现 集中控制和显示，所有操作均在控制柜的触摸屏上 进行 ，部分操作也可通过现场防爆操作柜实现。所 有的流程运行信号还可通过 R S 4 8 5端 口与中央控 制室的工业控制计算机连接 ，实现远程监控 。 2 构建控制系统硬 件 根据控制要求及一体化污水处理设备距离值班 基金项 目江汉机械研究所青年基金项 目 “ 污水处理设备的分布式 P L C控制系统开发” j j y 2 0 1 0 0 3 。 2 0 1 1年第 3 9卷第 6期 段文益等 油 田污水处理设备的分布式 P L C自动控 制 系统 室 1 5 0 m的实际情况 ，P L C系统 由 1个 D P主站和 若干个 D P从站构成 ，D P主站是 s 7 3 0 0 ，由电源 模块 P S 3 0 7、C P U 3 1 52 D P、通讯 模块 C P 3 4 1 、1 个 3 2点数字输入模块和 1 个 l 6点继 电器型数字输 出模块组成。D P主站安装在值班 室的控制 柜内 ， C P U 内程 序 控 制 整 个 系 统 按 工 艺 流 程 要 求 运 行 。 通讯模块 C P 3 4 1将流程运行信号 以 MO D B U S R T U 协 议通 过 R S 4 8 5端 口与 中 央控 制 室 的工 控 机 连 接 ， 实 现远程 监控 。 1 9英寸彩色触摸屏 MP 3 7 7和 E T一2 0 0 M是 D P 从站，触摸屏 MP 3 7 7安装在 D P主站控制柜的柜面 上 ，监控 系统 运行 。 E T一 2 0 0 M D P从 站 1安装 在设 备 现场 阀 门 防 爆控制柜 内，由 1个电源模块 P S 3 0 7、1个接 口模 块 I M1 5 31 、7个 3 2点数字输入模块 、8个 l 6点 继电器型数字输出模块和 1 个 8点模拟量输入模块 组成 ，负责现场设备 阀门、液压站 和液 缸 的 动作 ，并将数据 通过 D P总线上传 到值班 室 内的 D P主站 。 E T一 2 0 0 M D P从 站 2安 装 在 设 备 现 场 电 动 机 防爆控制柜内，由 t个电源模块 P S 3 0 7 、接 口模块 I M1 5 31 和 4个 3 2点数字输入模块 、3个 1 6点继 电器型数字输出模块组成 ，负责控制 1 8台电动机 的运行 ，并将数据通过 D P总线上传到值班室 内的 D P主站 。 部分操作功能可在设备现场控制柜上进行 ，如 设备急停 、检修设 置 、所有电动机 的启停 。其 D P 网络结 构 如 图 1所示 。 图 1 埕 海 P R OF I B US D P 网络 结 构 图 1 一上位计算机 ；2 --MOD U S R T U 电缆 ；3 s 7 3 0 0 D P 主 站 ； 4一 触 摸 屏 MP 3 7 7； 5、 6、 8一 D P电 缆 ； 7一 E T一2 0 0 M D P 从站 1 ； 9 一 E T一2 0 0 M D P从站 2 。 3 软件设 计 控制系统软件包括 P L C控制软件和人机界面 控制软件，组态软件为 S t e p 7 V 5 ． 4和 Wi n c e F l e x i ． b l e 2 0 0 8 ，S t e p 7 V 5 ． 4用 于 P L C硬 件 组 态 及 编 程 ， Wi n c e F l e x i b l e 2 0 0 8用 于人机 界 面编程 。 3 ． 1 P L C软件 编程 P L C内的软件控制整个设备按生产工艺流程运 行 ，软件 由主程序 、手 动子 程序 、 自动 子程序 及检 修子程序组成 。上 电后 ，当 C P U处于运 行挡 时， 主程序开始运行 ，首先进行参数初始化 ，扫描 P L C 输入状态。当控制柜 门的运行挡位处于手 动状态 时 ，调人手动程序 ，执行手动操作；当处于自动挡 位时，调入 自动程序 ，设备 自动运行 ；当现场操作 柜切换 到检修 挡时 ，调入检 修程序 ，开始检修操 作 ，巡检输 入 、输 出模块 。当停止运行 命令到来 时 ，设备停运 。主程序结构框图如图2所示。 图 2 P L C主 程 序 结 构 框 图 3 ． 2 人机 界面 软件 编程 通过人机界面 ，实现对整个 系统 的动态 管理 ， 所有操作均在触摸屏上进行。 1 当控制柜的挡位切换开关在 自动挡时，自 动监控画面 见图 3 实现对整个设备 的监控 ，模 拟显示生产工况，整个系统的启停可通过触控画面 左 上角的按钮 来 实现 ，通过 触控 画 面底 部 的按钮 切 换到单橇监控画面，或者切换到开机初始画面。 2 当控制柜切换开关 在手动挡时 ，手 动监 控画面 见 图 4 可实现对整个设备的监控 ，通过 触控画面上的电动机或 阀门图形按钮来操控设备 ， 由触 控 画面底 部 的按钮 切换 到其他 画 面 。 下转 第 7 4页 石 油机械 2 0 1 1 年第3 9卷第6期 终的质量检测报告。在公 司出 口钻机 的生产过程 中，经 常有驻 厂 的监 造组 和／ 或验 收 组 根据 他们 的 检验依据与工厂技术文件相比较 。由于各 自经验和 关 注点不 一 样 ，在 检 验 项 目和 试 验 方 法 上 常 有 出 入 ，造成意见不一致。如果采用项 目管理制度 ，我 们可以将其客户代表、监造组成员、技术人员和公 司相关 关键 部 门成 员都纳 入到 同一个项 目组 中。项 目组内部信息实现信息共享 ，有利于及早发现问题 并及时解决问题 ，从而避免不必要的分歧。这样将 在很大程度上缩短钻机的生产 、调试和整改时间， 从而缩短交货期。 4 结束语 钻机代表着个国家石油装备制造业的水平，目 前我国石油钻机尽管产量较大，但依然存在钻机品种 相对单一、特种钻机的设计和生产能力落后 、产业 集中度和专业化水平不高等问题。在石油价格上涨 的预期下 ，钻井需求也迅速增加。紧抓市场机遇， 实现常规钻机优化升级 ，完善钻机产品系列 ，实现 多元化发展模式 ，建设专业产品服务队伍 ，树立国 际品牌形象 ，才能够使国内陆地钻机逐步满足国际 市场的要求 ，形成具有较强竞争力的大型装备制造 企业集团，带动石油装备制造产业持续快速发展。 参考文献 [ 1 ] 杨汉立 ．国内外石油钻机现状及我 国钻机发展探讨 [ J ]．石油机械 ，2 0 0 3 ，3 1 7 5 9 6 3 ． [ 2 ] 孙秦 ．宝石机械公 司钻机出 口阿联酋 [ J ]． 石油 机械 ，2 0 1 0 ，3 8 1 2 8 ． [ 3 ] 孙娟 ，王定亚 ．我 国直 流电驱动钻机现状及发展 方向 [ J ]．石 油 矿场 机 械 ，2 0 0 9 ，3 8 4 1 9 2 2． [ 4 ] 王定亚 ．浅谈 国内快速移运钻机技术现 状及发展 建 议 [ J ]． 石油矿场机械 ，2 0 0 7 ，3 6 4 1 3 1 6 ． 第一作者简介 沈大春 ，工程师 ，生于 1 9 7 5年 ，1 9 9 9 年毕业于西安科技大学机电一体化专业，现从事技术和销 售工作。地址 7 2 1 0 0 2 陕西省宝鸡市。电话 0 9 1 7 3 46 2 7 28。 E ma i l s d c b o rne o ． c n。 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 3 1 6 本文编辑赵连禄 上接第 5 1页 图 3 自动监 控 画 面 图 4手 动监 控 画 面 3 操作人员可 以根据现场水 质情况在参数 设置画面上灵活地调整参数，使设备达到最佳运行 状态 。 4 异常报警 画面能够 清楚地记录设备运行 的异常故障，及时提醒操作人员进行相应处理 ，实 现安全生产。 4 现场应用 该控制系统于 2 0 1 0年 1 0月在大港油 田埕海联 合站投人运行 以来 ，用户反馈触摸屏操作界面友 好 ，操作简单 ，控制功能完全满足油 田对设备的控 制要求及防爆要求 ，大大减轻工人的劳动强度 ，有 效地避免 了工人 因生产工艺流程复杂而 出现误操 作 ，提高了生产效率。 第一作者简介 段文 益，助理 工程 师 ，生于 1 9 8 4年 ， 2 0 0 9年毕业于中国石油大 学 华东 化工 过程机械专业 ， 获硕士学位 ，现 从事 油 田污水处理 技术 服务工 作。地址 4 3 4 0 0 0 湖北省荆 卅 l 市 。电话 0 7 1 6 8 1 2 2 7 6 3 。Em a i l dwy i 一1 9 8 4 1 6 3． c o rn。 收稿 日期 2 0 1 1 0 2 2 5 本文编辑赵连禄