1  引言

    油田联合站反冲洗过程是采油生产中的一项基础工作，它对油田污水过滤罐的过滤系统进行清洗操作，是提高油田污水过滤效果的一个重要措施，同时延长了过滤罐的使用寿命，提高了石油生产的经济效益。目前的一些联合站反冲洗系统没有监控报警和自动控制系统，使岗位工人的工作量很大，同时由于人为疏忽导致生产事故，影响了正常工作生产。因此，研究反冲洗过程自动控制系统，推广应用反冲洗系统的自动监控报警技术对于提高反冲洗效率和联合站自动化水平具有十分重要的意义。

2  反冲洗系统工艺流程图和监测点的选择

    大庆某采油厂联合站反冲洗系统工艺流程图如图1所示，其工艺流程为：来自联合站的污水，进入缓冲罐，通过缓冲罐的升压泵将污水打入过滤罐进行过滤，经过滤后的污水最后输出到站外，供联合站其它系统使用；需要对过滤罐进行反冲洗时，用反冲洗泵将反冲洗罐液体打入过滤罐进行反冲洗操作，最后把反冲洗产生的深度污水回收到回收罐。

根据现场运行的实际情况，以及生产过程中可能出现的问题，选取下列参数进行实时监控：
(1)  缓冲罐液位实时监测及其上、下限报警；
(2)  反冲洗罐液位实时监测及其上、下限报警；
(3)  回收罐液位实时监测及其上、下限报警；
(4)  两个反冲洗泵的运行电流实时监测及其上、下限报警；
(5)  反冲洗主管道流量实时监测；
(6)  各个过滤罐的反冲洗进出口阀和过滤进出口阀状态实时监测和控制。

3  系统组成及功能设计

    反冲洗自动控制系统要实现管理与控制一体化，控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口。所以反冲洗自动控制系统在底层采用PLC，上层则选用优秀的监控组态软件，将反冲洗控制系统分为管理级、控制级、现场级。如图2所示。管理级、控制级和现场级之间采用PROFIBUS-DP总线通讯协议。

(1)  管理级
    管理级是系统的核心部分，完成对污水处理过程各部分的管理和控制。管理级提供人机接口，是整个控制系统与外部信息交互的界面。管理级具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能等。控制室中设备为一台安装组态监控组态软件的工控机和一套触摸屏作为监控工程师操作站。

(2)  控制级
    控制级是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层。其主要功能是接受管理层设置的参数或命令，对反冲洗生产过程进行控制，同时将现场状态输送到管理层。控制器是整个系统的核心，所以在控制级中，采用一个SIEMENS公司S7-300 CPU315-2DP及其电源模块，数字量、模拟量输入输出模块和PROFIBUS-DP通讯模块做为控制系统。

(3)  现场级
    现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由S7-200 CPU224 DC/AC/RLY及其数字量输入输出模块和通讯模块EM277组成。其主要功能是对系统设备的状态、传感器参数进行监测，并把监测到的数据上传，并能接受控制级的指令对执行机构进行控制。

    反冲洗自动监控软件是由组态软件WinCC V5.1开发，同时使用Delphi 6对数据查询和报表生成功能进行了扩展和完善。该系统软件结构图如图4所示。

下面对反冲洗自动监控系统开发中的一些技术难点和重点进行介绍。

(1)  WinCC简介
    WinCC是一款优秀的工控组态软件，广泛应用于各种工业控制系统的数据采集及监控。WinCC的通讯功能非常强大，支持各种工业使用的通讯协议，比如PROFIBUS、MPI等，同时WinCC具有很强的扩展性，支持第三方软件开发的控件，而且自身带有的C语言和VB Script语言可以让使用者自己开发程序，解决工程中遇到的复杂问题。

(2)  模拟量监控和报警功能实现
    本系统共有7个模拟量，分别是缓冲罐、反冲洗罐、回收罐的液位，两个泵的运行电流和两个反冲洗流量。WinCC通过PROFIBUS-DP总线和S7-300直接通讯，对上述7个模拟量进行实时采集和归档，并使用WinCC在线趋势控件对模拟量进行实时曲线显示。
    使用WinCC报警组态功能对模拟量进行上、下限报警组态和报警信息归档设置。在这里，通过ANSI-C脚本编程实现了WinCC没有的报警提示窗口弹出和声音报警功能。实现思路是编写全局脚本，在脚本中设置布尔类型的报警标识位和整数类型的未确认报警条数变量，同时把报警标识位设置为报警窗口显示属性的值。当报警来临时会触发一个事件，将报警标识位设为真，报警窗口显示，当报警确认或消失时也会触发一个事件，将报警标识位设置为假，报警窗口隐藏；通过调用系统报警标准函数，当未确认报警条数变量的值大于零时，表示有报警信息没有得到确认，脚本会调用系统声音函数进行声音报警，如下：

if (alarmunack>0)  //如果报警还没有得到确认，即没有确认的报警信息数目大于0，则有声音播放
  { SetTagBit(TAG_0,TRUE); //将报警标识位设置为真
  Beep(500,1000);  //Beep声音报警
  // 或者sndPlaySoundA("C:\\ SOUND36.WAV",SND_ASYNC|SND_LOOP); }
最后设置全局脚本的触发器，这里选择周期是1秒的触发器。

(3)  数据查询和复杂报表功能实现
    虽然WinCC具有较强的数据存储和查询功能，但是自身无法实现一些复杂的数据查询功能（比如多表查询），同时WinCC自带的报表系统结构简单、样式单一，远远无法满足现场工作的需要，所以需要使用第三方软件对上述功能进行扩展和完善。Delphi 6 Win32程序开发语言内置有Borland数据库引擎（BDE），提供了一个高性能的可伸缩的数据库结构技术和对数据库全面控制的能力，通过它可以实现复杂的数据库操作；同时Delphi 6具有极强的OLE嵌入功能，可以对MS Excel进行操作，通过Excel制作好复杂报表模板，然后使用Delphi将数据填写到相应的Excel表格里，这样一个复杂报表的生成功能就实现了。现场使用效果良好。

(4)  反冲洗控制
    反冲洗控制模块包括自动反冲洗控制和手动反冲洗控制两套操作。自动反冲洗操作是按照反冲洗参数设置中的信息进行PLC自动控制；手动反冲洗操作允许工作人员手动对反冲洗进行操作，提高了反冲洗操作的灵活性。

6  结语

    本文在分析研究油田联合站反冲洗系统生产工艺的基础上，采用SIEMENS公司的S7-200，S7-300系列PLC，触摸屏，模拟量、数字量输入输出模块，通讯模块，工业控制计算机设计完成了反冲洗过程自动控制系统，并把它应用于油田联合站。该系统的主要特点是：操作界面友好，流程动画生动形象，运行稳定可靠，过程数据历史备份、查询功能强大和报警功能齐全，现场数据采集实时性强，通讯便捷，并且使用Delphi编程来完善报表打印功能，克服了当前工控系统打印输出报表功能单调，无法满足客户要求的缺点。所以该系统具有实际推广应用价值。