摘要：
隨著網絡技術和多媒體技術的不斷發展，傳統的工業控制模式也需要不斷引入這些新技術，來滿足當今社會對控制和管理的新要求，本文著重介紹了對新疆新港公司油田污水處理站監控系統的優化升級。其中采用了一體化控制理念，選用了將PLC控制，網絡通訊，視頻監控，數據存貯集成于一體的控制器，使控制系統的功能得到了增強。該系統已投入運行兩年多，穩定可靠，具有良好的應用和推廣價值。
關鍵詞：污水處理站；一體化控制器；自控系統升級
Oil Field Sewage Disposal Station Automatic Control System
YANG Xianli
Xingang company in Sinopec in Kelamayi province in China
Abstract:Along with the development of networking and multi-media technology , the traditional industry control mode need to introduce these technology to meet both requirements of the control and management from the nowadays’ society.This article mainly introduces the upgrade of oil field sewage disposal station automatic control system in Xin Jiang Xin Gang company. We use All-in-One control idea and the controller which integrated the PLC control, the network communication, video monitoring and datalog in the upgrade which enhanced the function of the system. This system has been put into run steadily and reliably for two years. It offers valuable reference for the using and popularization.
Key words:sewage disposal station; All-in-One controller；upgrade of auto control system
油田污水主要包括原油脫出水(又名油田采出水)、鉆井污水及站內其它類型的含油污水。油田污水的處理依據油田生產、環境等因素可以有多種方式。當油田需要注水時，油田污水經處理后回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標進行嚴格控制，防止其對地層產生傷害。如果是作為蒸汽發生器或鍋爐的給水，則要嚴格控制水中的鈣、鎂等易結垢的離子含量、總礦化度以及水中的油含量等。如果處理后排放，則根據當地環境要求，將污水處理到排放標準。近年來，隨著國內早期污水處理站監控系統的逐步老化，如何安全、高效地監視和控制整個污水處理流程，對監控系統提出了新的要求。
1. 工藝流程
油田污水處理的目的是去除水中的油、懸浮物、添加劑以及其它有礙注水、易造成注水系統腐蝕、結垢的不利成分。所采用的技術包括重力分離、粗粒化、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。【1】各油田或區塊的水質成分復雜、差異較大，處理后回注水的水質要求也不一樣，因此處理工藝應有所選擇。以下介紹本污水處理站所涉及的主要處理工藝及控制方案。從目前國內外稠油污水處理及應用情況看，稠油污水處理回用鍋爐是解決稠油開發生產過程中產生的稠油污水的最終辦法。新疆新港公司91號站稠油污水水質與勝利油田和遼河油田相比好得多，礦化度在3000mg/l以下，硬度在100mg/l以內，SiO2小于50mg/l,而其它油田稠油污水礦化度最小為7000mg/l，硬度在200mg/l以上。采用重力除油――混凝沉降——過濾工藝流程，處理后的水再經軟化處理可達到《稠油集輸及注蒸汽系統設計規范》SYJ0027—94回用標準回用熱采鍋爐，在處理技術上已很成熟。即：來水→調節→混凝沉降工藝→過濾
來水進
2座5000m3調儲罐進行均質均量處理，使水中含油達到<70mg／L,懸浮物<100mg/L；在其出水管線上按一定順序和時間間隔連續加入三種藥劑后，再進入4座反應器和2座2000m3混凝沉降罐反應沉淀，對大部分浮油及懸浮物進行處理，使水中含油達到<5mg／L,懸浮物<15mg/L，再經過兩級過濾，使水中含油達到<2mg／L,懸浮物<2mg/L，送至軟化水站軟化用于油田注汽鍋爐。
2系統硬件構成
現場的硬件系統主要由三臺HORNER OCS一體化控制器、遠程IO模塊、主監控室服務器、污水站值班室監控計算機、光纖交換機、攝像頭、現場儀表、變頻器等組成。上位機組態軟件選用了施耐德的Citect組態軟件。以下對主要硬件做簡要介紹：
(1) OCS一體化控制器:系統選用了三臺美國HORNER公司的一體化控制器。該控制器將PLC、觸摸屏、網絡模塊的功能集成于一體，并支持以太網，串口，Cscan總線，存儲卡，視頻等功能。
(2) Citect組態軟件:系統選用了施耐德電氣旗下的Citect組態軟件。該軟件的IO點數擴展能力比較強，數據刷新時間小于１秒。產品里直接打包了各種硬件通訊設備所需的軟件系統，具有良好的兼容性。同時支持WEB發布等功能，同一局域網內的計算機均可監視現場運行情況。
(3) 全部采用總線通訊方式與變頻器通訊（Modbus RTU協議）
(4) 現場儀表：主要包括各種溫度，壓力傳感器，可燃氣體探測器，流量計和電力儀表。電力儀表選用了支持Modbus RTU功能的產品，其余儀表均采用4-20mA模擬量信號進行監控。
3.系統網絡結構
系統網絡結構如圖2所示。
圖2 系統網絡結構圖
Fig.2Structure of System Networking
從圖2可知，現場網絡可劃分為兩個層級：一體化控制器和遠程IO模塊之間選用CsCAN網絡；上位機和控制器、智能儀表、變頻器之間選用Modbus TCP網絡。以下對這兩種網絡做簡要介紹：
(1) CsCAN網絡【2】：CsCAN協議是美國HORNER公司開發的基于CAN網絡的現場總線協議標準。CsCAN網絡設備支持點對點通信，同時支持主－從模式的網絡配置。CsCAN網絡的最大數據傳輸速率可達1Mbps，網絡最大傳輸距離為2000米，最大節點數量為253個。
(2) Modbus TCP網絡: Modbus是簡單的、中立廠商的用于管理和控制自動化設備的Modbus系列通信協議的派生產品。Modbus協議由于出現較早，且是一個開放的協議，有著廣大的設備支持群體，利于系統的擴展增容。
在現場網絡選擇時，考慮到現場IO模塊數量較多，且部分模塊距離較遠，并且對通信速率有一定要求，故IO模塊和OCS控制器之間選用CsCAN網絡進行通信。在選擇上位機監控網絡時，因為上位機距離現場設備較遠，且考慮到以后系統升級擴容的問題，故選用了基于工業以太網的Modbus TCP網絡。
4.自控系統設計
下面分為3部分對PLC控制部分進行介紹
（1）含油污水自動加藥控制
在污水處理過程中，加藥的準確性、穩定性至關重要。由于污水均來自油田采出液，水質比較穩定。因此，自動加藥主要是依據進反應罐污水量與各藥劑液量的“比值”來實現的。通過上位或觸摸屏操作對各反應罐進含油污水量與各號藥劑量（濃度恒定）的“比值”進行設定，來控制A、B、C三種藥劑的加入液量；當進反應罐進水量發生變化時，各(A、B、C)進藥量跟蹤進反應罐的含油污水量（變頻控制）按比例調節、控制加藥量。
現場自來水管路上均安裝了液體流量計，將進反應罐各路來水信息傳遞給控制器，控制器將以上信息處理之后，使用PID功能（見圖3）控制藥泵變頻器，進而調節加藥泵流量，從而完成了對“比值”的控制，實現了加藥系統自動控制，避免了加藥過量和欠量；既降低了污水處理成本，也確保了污水處理過程的水質指標。在自動加藥系統中，引用了視頻功能，當發現有人操作畫面時，會自動把操作區域的人物照片抓拍下來存入CF卡中，提高系統的安全性。
（2）過濾器出口壓力控制
當一、二級污水過濾器及軟化水站的軟化水器設備反沖洗或運行負荷變化時，就會影響再生效果。【1】將反沖洗壓力信號接入到過濾器的程序控制中，成為再生進程中的一個先決條件，解決了由于反沖洗壓力不達標而對再生效果的影響，提高了再生效率。通過變頻控制過濾提升泵的轉速使二級過濾器出口凈化水壓力始終控制在設定值目標，使一、二級污水過濾器有一個穩定的生化環；也確保了下游軟化器設備的平穩運行；而且通過工藝改造利用其出口的凈化水壓力恒定來完成自身的反沖洗過程。
進行沖洗的時間可以存到TF卡里面，時時的記錄數據【3】，
（3）污泥處理系統控制
在上位或控制器的觸摸屏上設置時間間隔，定時對反應罐的低液位、高液位排污管線上的電動閥進行控制，實現自動排污；由于反應提升泵需要定期維護，因此系統會累計泵的運行時間，當到達設定時間后，會提醒操作人員進行維護，見圖6。
排污池主要接受反應罐、沉降罐排污水，如果污水排入量突然增大，很容易造成冒池的危險。此處選用帶阻尼單法蘭智能液位變送器監視排污池的液位，數據交由控制器處理后在控制器屏幕和上位系統均設有報警指示。
在上位或控制器的觸摸屏上設置時間間隔，定時啟停污泥離心機及排污池污泥泵設備，實現自了自動對污泥進行技術處理：在離心力的作用下，使污泥中的固體顆粒壓實，與污泥中的水分分離，避免對環境的污染。
同時系統中裝有多處硫化氫氣體和可燃氣體傳感器，將氣體監測信息實時傳遞給上位系統。
5. 結語
由一體化控制器和上位機構成的新型污水處理站自控系統符合標準的Client/Server結構，使用了Modbus TCP這一通用現場總線協議，系統具有良好的兼容性和可擴展性。通過對污水處理站自控系統的優化升級，不僅改善了系統本身的控制功能，而且提升了對設備的管理水平，現在管理者、操作人員以及后期對生產數據需要的相關部門都可以通過網絡來使用這些數據，并可以實時的監視整個生產運行過程、歷史數據、報表等信息，為構建數字化油田建設奠定了良好基礎。
參考文獻：
[1]劉德續.油田污水處理工程[M].石油工業出版社,2001:43-45.
[2] Ken Jannott.CsCAN Protocol Summary, First Edition:12-13，2001.
[3] Andy Swales.開放型MODBUS TCP規范(中文版),修訂版1.0:2-3，1999.
2011年11月 撰寫整理于克拉瑪依