6ES7277-0AA22-0XA0质量保障

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、概述
油井信息控制系统是北京世纪长秋科技有限公司开发的应用于石油开采行业中一种集采油生产控制、监测和生产管理系统。该系统以计算机网络、无线数字通讯和工控技术作支撑，系统为三级站结构：上级站提供全局范围内各要素的遥测服务、采油生产分析、网络与数据管理；中继站负责数据的上传下达；底层RTU实现现场数据采集和控制过程，并提供应急相应服务。系统实现了示功图、电流图、压力、温度的在线测取，实现自动量油。系统完全针对油田生产自动化设计，结构合理、扩展性强，性能价格比高。

二、系统结构
油井信息控制系统包括以下子系统：
■ 抽油机生产参数的监控及运程发布系统
■ 计量站油井自动倒井计量系统
■ 注水泵站自动监控及调节系统
■ 配水间自动监测系统
■ 联合站，中转站自动化测控系统
油井信息控制系统的结构设计图如下。

中心控制室为上级站。上级站完成所有中继站、远程终端设备的登记，计量站所辖油、水井终端和自动计量的参数设置，现场各类测控信息的采集管理、储存、分析、诊断，可实时控制和监测底层各远程终端。
中继站为系统的中间层。它对上是局域网的子站，对下为以太工控网的主站，完成命令的上传下达、数据的收集与上传，对底层终端的巡回检测和数据的中间层保存。
抽油机智能终端、注水终端、自动计量终端等RTU为该系统的底层，完成油井井口动态数据的在线录取、应急处理、数据传送、状态反馈；注水井数据的在线录取和故障报警；计量数据的自动录取、应急处理、故障及时报警等。它们既可独立工作，又能接受上层的测控命令，与中继站组成工控以太网。

三、上位机监控软件
《世纪星组态软件》是在PC机上开发的智能型人机接口（MMI）软件系统，它以bbbbbbs 98/2000/NT/XP 中文平台作为其操作系统，全中文界面，并充分利用了bbbbbbs的各种便利功能。
《世纪星组态软件》由开发系统和运行系统组成。开发系统是《世纪星组态软件》的集成开发环境，软件开发者在这个环境中完成界面的设计、数据库定义、动画连接、硬件设备安装、网络配置、系统配置等。该系统具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，不但能合理地抽象控制对象，而且能非常简单、方便地对数据的报警、趋势曲线、历史数据记录、安全防范等进行操作；开发者利用其丰富的图形控件和自定义图库功能，可以大大减少设计界面的时间；通过简单而实用的编程命令语言，开发者不需要编程经验就可以设计完成实际工程；方便的硬件设备安装向导和全面地支持国内国际工控底层设备，彻底实现工控现场的数据采集和监控功能。
运行系统是《世纪星组态软件》系统的实时运行环境，用于显示开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与硬件设备的数据交换。运行系统能实时而形象地反映现场的所有参数和实际情况；通过实时数据库管理从工业控制对象采集各种数据；可把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成实时和历史报警、历史数据记录、实时和历史趋势曲线等监控功能；可生成历史数据文件，用于追忆历史事件；灵活方便的组态式报表，可充分满足用户的各种报表需要。

四、工艺过程
（1）主画面

抽油机井要求达到以下功能：
1、 自动监测抽油机工作电压、电流，实现过压、欠压、过流、欠流、缺相的自动保护；
2、 实时监测井口油压、套压、温度；
3、 实时或定时测取示功图，实现负荷越限的自动保护；
4、 实时或定时测取电流图；
5、 测取凡尔漏失图；
（2）转油站数据采集概况图

要求达到以下功能：
1、 实现自动倒井，自动计量；
2、 实时监测分离器液位、压力和温度，实现液位、压力越限的自动保护；
3、 实时监测集油管汇的压力、温度。
（3）五号站数据采集概况图

要求达到以下功能：
4、 实时监测注水**；
5、 实时监测注水压力和泵出口压力。
4、中控室需求归纳
中控室要求达到以下功能：
1、 实时显示远程终端设备的测控信息；
2、 实时下达各种测控指令；
3、 采集数据存储在数据库中；
4、 将数据以图形、趋势图、表格的形式处理。
5、通讯需求归纳
抽油井井口和计量站数据均采用无线方式传递给中控室。通过内部局域网，可以实现对厂部数据的Web浏览方式

势曲线画面、报表画面等。上位机设置登录权限，管理员可以登录修改自动运行画面的配方，操作员可以进入其它的几个画面，操作和监视整个系统的运行。可以实时地显示温度，瞬时**，累积**，PH值等。报警画面可以显示变量的报警情况，比如说PH值、温度值越限。趋势曲线画面和报表画面可以显示温度、**等的历史和实时情况。配方设定画面需要密码登陆，用于修改配方。

上位机设置登录权限，只有登录才可以进入目录画面，通过目录画面可以切换到其它控制画面，操作和监视整个系统的运行。目录画面如图6所示。

                                     图6 目录画面

由于篇幅有限，本文只对90反应釜全自动控制系统作简要说明，其控制画面如下图7所示。当按下启动按钮时，系统先根据配方要求自动加底水底碱，并在一定时间段启动搅拌电机和蒸汽阀进行加热；当底水底碱已加完并且温度达到设定值后进入一次酸化过程；PH值降到设定值后进入沉化过程；沉化时间到开始加热搅拌；加热搅拌时间到进入酸碱并流过程；当碱**达到设定值后进入二次酸化过程；直至PH值降到设定值后反应完成。若反应过程中按下停止按钮则反应停止，想要系统重新运行需重新按下启动按钮。

                  图7 90反应釜全自动控制系统

4结束语

改造后的白炭黑反应釜自动控制系统投入运行已经一年多，实践表明，控制精度明显**，产品的配方严格按照生产需要自动调节，排除了人为因素造成的配方失准，保证了产品的质量和生产稳定，**了产品的市场竞争力。经过自动化改造，操作人员可以远程监控生产系统，还可以把生产过程有关的信息接入集团网，**系统的信息化，且自动化水平处于国内先进水平，具有较好的推广价值。

1引言

炼钢连铸水处理自动控制系统是连铸生产线控制系统中关键，而又相对独立的系统。该水处理主要是为连铸生产线提供循环冷却水。传统的水处理系统存在液位变化大，运行效率低，电能损耗大，丢水多等缺点。本文结合连铸生产工艺特点，概述了连铸水处理PLC控制系统的设计方案及人机接口界面等功能。

2工艺流程

连铸水处理工艺分为净环水系统和浊环水系统两大部分。

2.1净环水系统

净环水系统又分为冷却水系统和冷媒水系统。

结晶器和闭路机械冷媒水系统由净环吸水井供水，通过板式换热器对热能进行有效回收，之后，经过净环冷却塔对高温水进行降温处理后回到净环吸水井。同时，由净环供水泵将净环吸水井的水抽到远程的连铸厂房，用于厂房内的空调供水等非直接生产的日用。该系统主要用于对连铸现场的回水进行降温、净化处理。

结晶器和闭路机械冷却水系统用于提供给连铸结晶器及设备所需要的一定压力和一定温度的软化水，由各自的软水箱进行供水，同样，通过板式换热器对热水伴有的热能进行有效回收之后，输送到现场，作为连铸机的生产用水。由于冷却水直接用于铸机的生产，因此需要对这两种水质有一定的要求，在结晶器冷却水和闭路机械冷水的管道上，各自加了硬度检测仪和冷却水的电导率来对冷却水进行检测。

净环系统属于内部循环，对水质要求较高，所以配备了净环加药罐，软水加药罐，旁通过滤器等设备，以保证生产用水的要求。

2.2浊环水系统

根据现场连铸机的二冷区生产要求，浊环系统中，二冷泵将冷却后的浊环吸水井中的水抽送给现场一定压力和一定温度的二冷水，用于生产。同时，旋流井中的冲铁皮泵将旋流井内水抽送到现场，用于冲洗连铸生产后余下的氧化铁皮、沟内沉渣等。氧化铁皮沟回水又回到旋流井，由旋流井**泵组抽回到沉淀池内，其中，大部分渣滓主要是氧化铁皮沉淀于池底，利用泥浆泵将沉淀物抽到浓缩池内，后经刮泥机将杂物送至污泥处理处，沉淀池内的浊环水通过浊环供水泵送到浊环过滤器，对浊环水进行过滤之后经冷却塔风机降温之后回到浊环吸水井。再经由二冷泵将浊环吸水井内的水抽送到旋流进内，这一过程主要是外部循环。

在浊环过滤过程中，会积累一定的杂物影响过滤效果及过滤器设备的生产寿命，所以要定期对过滤器进行反洗，本过滤器由7个过滤罐组成，当对过滤罐进行反洗时候采用一灌逆洗六灌过滤的策略。

相对于以往的长轴泵不易维修，故障率高，抽水慢等缺点，将旋流井水抽送到沉淀池过程中采用的是**泵+透平泵的策略，先由透平泵将水抽到**泵可以抽水的水位，接着由**泵接着抽水，此时透平泵停止工作，该策略**了泵站的工作效率和方便了维护人员的维修。

3系统总体设计方案

鞍钢西区炼钢连铸水处理站与旋流井距离较远。所以将整个控制系统划分为主水处理站与旋流井站两部分。在主水处理站中采用的控制器是SIEMENS S7-400的CPU和ET200M的I/O模板。旋流井控制站采用的是SIEMENS S7-300的CPU和ET200M的I/O模板。两者之间采用的是光纤通过SIEMENS交换机实现通讯的。

该系统配置了一台工程师站和两台操作员站。为了**系统的运行效率和减少系统故障的可能性，本系统设计了两条工业以太网，一条线用与HMI网络，另一条用于PLC网络。这样有助于减少网络的堵塞，当其中一条网络出现病毒或故障时，另一条网络也可以正常运行。尤其是为了保证PLC网络的正常运行。

在两个控制站中都各自采用了PROFIBUS-DP现场总线网络，DP从站由SIMATIC分布式的ET200M I/O来承当。S7-400和S7-300作为主站对ET200M的通讯和控制。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

由于现场情况复杂，旋流井和主水处理站相距较远，并且旋流井所处位置附近没有中央控制室。所以，将旋流井站作为一个远程站，由S7-400作为主站，旋流井处不设有操作员站。

该系统网络布线优点在于大程度减少了现场布线，使系统都集成在SIMATIC中便于管理、维护。分布式I/O和主站之间有非常短的通讯响应时间。由于采用了分布式布线使整体具有很高的灵活性，方便了对现场执行机构的控制。

4控制系统软件设计

为了**工作效率，方便维护人员的维护，保证设备的正常运行，设计的PLC控制系统主要是根据工艺要求进行过程控制，设计有在线监视，报警记录，趋势归档等功能。

4.1过程控制

连铸水处理控制是典型的多任务控制，本系统的程序根据各个子系统的工艺要求进行分段编写。本程序根据设备功能、设备之间的逻辑关系，将控制程序放置在不同的功能块中，并根据各个部分的工艺来调用该功能块进行编写控制程序。其中对数据存贮、观察或数据通讯有要求的系统，编写其程序的同时对其分配数据背景块。本系统一共涉及了六大部分，主要执行机构是泵、阀和风机等设备。具体程序结构如图2所示。

图2 程序结构图

4.1.1结晶器供水系统

结晶器供水系统中主要由供水水管压力及结晶器软水箱液位来对结晶器供水泵进行控制。结晶器供水泵采用的是两工一备的工作方式，以保证供水管的压力和**能够一直达到连铸机生产要求。同时，结晶器软水箱补水阀的控制也是由软水箱的液位来进行自动调节。结晶器事故水箱中的两个切断阀则是由事故水箱的液位进行开关阀的控制。

4.1.2闭路机械供水系统

闭路机械供水系统的控制方式与结晶器供水系统控制方式类似，由于篇幅有限，这里不再赘述。

4.1.3净环系统控制

净环供水系统控制中，净环水池的补水阀的开关是由净环水池的液位来控制，实现自动补水的。结晶器冷媒供水泵和闭路机械冷媒供水泵都是采用的两工一备的工作方式，当冷媒水供水系统压力低于设定值时，备用泵开始追起。

净环供水泵的操作方式相同于结晶器冷媒水泵。

旁通过滤泵用于向旁通过滤器供水，该泵的控制方式主要在于起泵控制，只有当旁通过滤器处于过滤状态时候，才能起泵。旁通过滤器供水泵采用的是一工一备，也是靠压力低下进行备用泵的追起。

净环冷却塔风机是由Y-△变换启动，并设有高速和低速两档运行状态，当进行速度切换时，可以从低速向高速运转，但是由于风机没有配有变频控制，所以当高速向低速运转时，电机处于发电状态，电流值聚增，会出现抱闸现象。当处于风机自动状态时，要求风机从高速到低速切换时，风机状态先由高速到停止状态，待一定延迟之后起到低速，避免出现抱闸现象。

4.1.4浊环系统控制

浊环吸水井补水阀的开关控制根据浊环吸水井的液位来实现自动控制。

浊环系统中的二冷水供水泵采用的是四工两备的工作方式，向连铸机现场提供一定温度和一定压力的二冷水。

在二冷水管道配有调节阀，程序中用PID实现对其的自动调节。通过对二冷调节阀的开度调节来保证二冷水的出口压力能够满足连铸机的生产要求。由于对水的调节滞后性比较大，同时又要求调节阀的快速动作，所以，比例积分需要设定相对较大值，以达到快速调节的目的。

二冷水的事故水箱与结晶器事故水箱控制相同。

浊环冷却塔风机与净环冷却塔风机采用相同的控制方式。

浊环供水泵根据沉淀池的液位进行控制。采用的两工一备的工作方式，当沉淀池液位超高时，备用泵开始追起。沉淀池的回流阀的开关也是由沉淀池的液位来实现自动控制的。

4.1.5旋流井控制

旋流井部分主要有三种执行机构，回流阀、**泵和冲铁皮泵。当旋流井液位低于低设定值时，回流阀自动开，同时追起的**备用泵停止，使**泵抽送的水回到旋流井内，以免抽干旋流井内的水，当液位高于设定值时，回流阀关闭，**备用泵追起，**泵将水抽送到沉淀池内，以防淹井。

4.1.6过滤器控制

过滤器控制是水处理中相对逻辑控制比较多的一部分。过滤器罐一共7台，有逆洗和过滤两种状态，每台过滤灌有9个气动阀，当过滤时，随着时间的变化，这9个气动阀有着逻辑上的动作变化。逆洗采用的是轮询制，每隔24小时定时轮流逆洗。当一台罐逆洗时，其余六台罐子仍然处于过滤状态。

过滤器送水泵采用的两工一备的工作方式，由压力方式进行备用泵的自动追起。

逆洗排水泵控制主要是由逆洗排水槽控制，当逆洗排水槽或浊环吸水井液位低于相应设定值时，逆洗排水泵自动停泵，当浊环吸水井液位高于某设定值时，逆洗排水泵才可以起泵，对过滤灌进行逆洗过程。

4.2系统控制特点

为了节能省电，在浊环系统的三个浊环供水泵上分别安装了三个永磁联轴器。当沉淀池液位高于一个设定值之后，PLC给永磁联轴器输出一个20mA的电流，永磁联轴器开始咬合电机轴承，使得浊环供水泵运转速度达到大值，当沉淀池液位低于某设定值后，永磁联轴器得到PLC输出的4mA的电流，开始脱离电机轴承，此时，浊环供水泵运转慢，供水**小。在两个设定值之间为了使沉淀池液位维持在某个设定值，PLC需要控制联轴器咬合度来不断的调节以达到控制要求。

在调永磁联轴器的过程中先采用的方案是使联轴器随着液位的变化也在不停的调节，哪怕是微小的液位变化，联轴器也在进行微小的咬合和松开的调节。在调试过程中发现两个问题，一是咬合轴承的永磁联轴器的不断变化使得电机转速也在不断的改变，对电机的损耗很大，同时，对轴承的稳定性要求也颇高。二，由于是三个浊环供水泵实行两工一备的操作方式，当两个泵同时工作时，由于机械设备等问题造成两个永磁联轴器的调节不同步，先后调节时间差距很大，影响了操作和维护人员对现场设备和工况的判断。针对现场情况分析之后，采用了对液位分档的方式对联轴器进行调节，通过对不同的液位区间的划分使永磁联轴器停在不同的位置，并且固定在所设定的位置。通过调试之后，既可以降低电机的负荷，也可以让不同泵之间的调节得到同步。同时也减少了变频控制，使系统更加节能、简单、可靠。

旋流井的**泵的控制是采用透平泵+主泵的方式进行工作的。这是比较先进的泵从深水井抽水的策略。每个**泵都是由两个独立的泵和其对应的出口阀组成。首先，由透平泵把管路空气排出，把水抽上来，当水达到透平泵水箱上的感应开关时，透平泵停机，同时，主泵启动，开始正常工作，把透平泵已经抽上到透平泵上的水接着抽送到沉淀池。由于透平泵抽送水到感应开关的过程比较长，需要给透平泵比较长的延迟时间，以免水没有达到感应开关而使透平泵报警以及主泵空转。

4.3监控系统设计

本系统采用的WINCC6.2实现水处理现场监控系统以及相关的报警系统。WINCC可以实现数据的采集、设备运行状态、参数调节、打印报表、趋势归档及各类信号报警等功能。整个水处理采用的“集中监视、分散控制”的经典监控系统。WINCC6.2通过工业以太网实现对现场分散数据的采集与记录。

监控界面一共由工艺画面、报警记录、趋势曲线三大部分组成。

工艺画面是按照水处理工艺的各个子系统进行编辑的，能够宏观**的反映出整个水处理工艺的流程，使操作人员便于监控。同时，在工艺画面上也实现了对泵组和各个回流阀的起停控制，以及进行自动和手动的切换按钮。在此举浊环系统和过滤器系统工艺画面为例子。如图3为浊环系统工艺画面，如图4为过滤器系统工艺画面。

图3 浊环系统工艺监控画面

图4 过滤器系统工艺监控画面

报警记录监控对生产的安全具有重要的意义，为了便于现场人员的查错和对现场故障的及时反映，本监控系统既编辑了独立的报警记录画面，同时也将报警画面编辑在主画面中。在主画面的报警画面只能显示近的三条报警，便于操作人员的观察，但是不具备查找报警的功能。如图5所示。

图5 主控画面中的报警记录画面

在独立的报警记录画面中，可以实现对报警的长期和短期的查找和记录，用于现场人员查找很久以前的报警情况。如图6所示。

                   图6 水处理系统报警记录画面

水处理的监控不仅是对各个吸水井、软水箱及排水槽的液位的监控，同时对各个供水泵管的**、压力、温度以及水质也需要进行监控，并且要求有对其的数据归档和趋势曲线记录。为此，本系统根据现场工艺要求，编辑了各项参数的趋势归档，便于现场人员的查找以往记录。如图7所示。

                图7 参数趋势曲线归档记录画面

5结束语

本水处理控制系统自动化程度高、节能、高效、稳定。同时，该水处理系统移植性很高，适合连铸及各冶金行业的供水系统的控制。实践证明了该系统稳定可靠大大方便了现场人员的操作和维护，同时，也降低了故障发生率，保证了水处理系统的正常运行，为连铸机的生产提供了稳定良好的水源条件。