一、引言
大慶油田原油生產已進入高含水階段，所采用的油水分離方法分為沉降脫水和復合電脫水兩個階段。主要工 藝設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備的控制方式有直接關系。大慶油田采油六廠某聯合站的原油水分離控制部分均采用手動控制，數據 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據的準確性。為此，該廠提出了對聯合站的油水分離控制系統進行自動化改造，要求系 統不僅要實現油水分離的自動控制，而且能將主控制室內的二次儀表用計算機上的形象直觀畫面來取代，以監視和控制現場設備運行狀況。本文根據這些要求設計了 油水分離自動控制系統。
二、工藝過程及工藝要求
來自各中轉站的高含水油，首先進入游離水脫除器，脫掉原油中的大部分含水，再經加熱爐加熱，然后到電脫水器進行油水分離，最后經由凈化油緩沖罐向外輸送。聯合站現場分為游離水脫除區、加熱爐區、電脫水區和成品油外輸區四個部分。
其中游離水脫除區有三臺游離水脫除器，它是聯合站轉油脫水過程中的主要裝置。電脫水區有四臺電脫水 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及輸油管壓力是保證油水分離質量的重要參數。在實際生產過程中利用放水閥來調節油 水界面的高度，油出口調節閥來調節罐內和輸油管壓力。這兩個參數不是獨立的，無論是調整放水閥還是油出口調節閥，這兩個參數都同時受到影響，在控制系統中 需要綜合考慮這兩個參數，以使系統能夠安全、穩定地運行。
經過沉降脫水得到的原油再經加熱爐升溫后，才進入電脫水器。溫度過低會影響生產，溫度過高造成能源的浪費。因此，系統中需要根據原油脫水工藝設定的溫度值，對加熱爐燃燒情況進行自動調節。
外輸油區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節閥和變頻器根據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速。
根據工藝要求，控制系統中需要監控的參數主要有：油水界面高度、液位、壓力、溫度和流量。
三、控制系統總體結構
該 聯合站的幾個工作區相距100米左右，而且要求總控室和外輸段能夠自動監控各個工作區設備的運行狀況，并根據檢測的參數對系統進行自動控制。控制系統中上 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，對于距離較遠的工作區采用DeviceNet現場總線通訊。系統硬件組成如圖1 所示。
現場中，總控室位于電脫水區和加熱爐區之間，SLC控制器也在總控室中，通過DH+網絡與工控機相 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的一個節點，用FlexI/O與現場的液位、壓力 變送器和調節閥相連。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連接現場的液位、壓力變送器和調節閥；變頻器控制外輸油的流量；PanelView1400用于在外輸段監控整個系統的運行狀況。
系統中的界面高度、壓力、溫度等信號都由對應的一次儀表傳感器或變送器檢測出來并轉變為4～20mA 電流信號，經安全柵送入SLC500控制器的本地輸入模塊或DeviceNet網上的FlexI/O輸入模塊。控制信號由相應的輸出模塊以4～20mA電 流形式控制氣動調解閥。整個系統中輸入信號有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個液位調解閥，7個壓 力調解閥。外輸油流量的測量是通過一次儀表把流量信號轉換為脈沖信號，經屏蔽電纜傳輸到SLC的高速計數模塊，從而測得輸送到下個站的凈化油流量。
四、程序設計
控制系統的軟件設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，由此實現生產過程的遠程監視和控制。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，實現對生產過程的直接控制和數據采集。上位計算機與SLC500控制器之間是通過DH+網實現數據通信的。一方面將過程控 制中的參數傳送給上位機，用于存儲、顯示、制表、打印；另一方面將工作人員通過顯示操作站設置的控制參數發送給SLC500控制器。由控制器按操作員的要 求實現對生產過程的直接控制。
4.1 顯示操作程序設計
Rsview32TM軟件是羅克韋爾軟件公司提供的上位機組態軟件，通過編程可以實現監控系統所需的人機界面。PLC采集的數據可以根據需要通過數字、圖 形、動畫、等多種形式顯示出來，該軟件還具有存儲數據歷史紀錄、趨勢圖顯示、報警監視和自動生成報表和打印等功能。利用RSView32TM軟件的開放式 設計還可以很容易地與Microsoft產品共享信息。
在油水分離控制系統中上位機和人機接口界面顯示操作程序都有：工藝參數顯示、各控制回路的ＰＩＤ調 節、手/自動控制切換、報警監視等界面，其中工藝參數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匯總、參數設置、歷史數據紀錄、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測點和控制點的位置和參數值。另外還將在RSView32TM軟件上繪制的流程圖導入 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，這樣既實現了工作站與遠程監控界面的一致 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 統中參數顯示界面能夠實時顯示包括罐內的液面、油水界面、壓力、溫度、流量以及閥門開度百分比等。參數設置界面用于設置各傳感器和變送器的量程，初始值； 報警上、下限；PID控制設定值等。報警指示采用聲光報警，系統中任意參數超過報警上下限時，該參數就會以紅色閃爍顯示，當報警被確認后，報警聲音消除， 參數仍以紅色固定顯示，直到參數恢復到正常值，才恢復到正常的綠色顯示，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 數的歷史紀錄，這些參數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控制程序分為數據采集、PID調節和報警控制三部分。其中數據采集程序將模擬量輸入模塊采集進來的數字量，通過參數整定，轉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置值（工程量）轉換為PLC所能處理的數字量。
系統中的壓力和界面高度調節閥都采用PID調節控制，由于系統中壓力變化快，而界面高度相對變化較慢，因此液位調節閥只采用PI控制，設置積分時間較長。而壓力調節閥采用PID控制，且積分時間較短。
當出現報警時，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，而只有報警參數恢復到正常值后，報警指示燈才熄滅，對于重要參數的報警，控制系統能夠自動采取必要的應急措施。例如，油出口匯管壓力過 高，控制程序會自動加大調節閥開度和外輸油段變頻器轉速，來緩解壓力，以免調節閥損壞和出現原油泄漏。
五、結論
本文設計的油水分離自動控制系統具有以下特點：(1)控制品質好，減少了工藝參數的波動。系統采用 ＰＩＤ調節控制，能夠將重要的參數控制在理想的范圍內。(2)控制功能齊全，人機界面良好，易于學習，操作方便。(3) 提高了企業管理水平。數據處理方便，可隨時查找每月每天的班報、日報、歷史趨勢曲線、重要參數報警信息等，并根據需要選擇打印這些參數。(4)系統組態靈 活，控制方案便于調整。采用DeviceNet網絡，可隨時通過添加節點來擴大監控能力，以靈活適應工藝改造的需要。該油水分離自動控制系統的投入運行， 大大減輕了工人的勞動強度，為節能、降耗、增產和加強企業的管理奠定了基礎，在油田具有很大的推廣應用價值。