海洋石油平台的水处理控制系统设计

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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2018.04 （下）海洋石油平台生产中的水处理主要是通过采用各种技术将生产水中的油分离出来，尽可能地降低油的含量，从而达到符合可以直接排放到海洋的油含量标准。

而随着科技的不断发展，PLC 这种编程逻辑控制器因其准确的控制功能，在自动控制系统中不断得到应用。

1 加气浮选水处理系统的工艺流程
海洋石油平台的生产水加气浮选处理工艺过程如图1所示。

此处理系统经过两级的加气浮选处理，首先将空气和生产水注入第1个加气浮选罐，然后将经过处理后降低了油含量的生产水注入到第2个加气浮选罐中，将此罐中剩余的油水混合物排放到指定的收集罐中。

再
将空气和第1个罐中降低
了油含量的生产水注入到第2个加气浮选罐中，然后将经过处理后符合排放
要求的生产水排放到大海里，将此罐中剩余的油水混合物排放到指定的收集罐中。

2 控制系统的硬件组成
该海洋石油生产平台的生产水处理系统的运行过程，全部采用自动化控制以实现全部的功能，将所有安装的测量仪表及调节阀通过仪表电缆连接到本地控制盘上，然后通过本地控制盘中的PLC 及触摸屏（HMI）实现系统运行的自动控制。

目前市场上可供选择的本地控制盘的防爆形式很多，考虑到海洋石油生产平台上生产水的处理工艺及该系统实际使用的现场环境，本次选用了正压防爆形式的本地控制盘。

该正压本地控制盘的工作流程如下。

（1）接通控制盘的主电源。

（2）当主电源接通后，盘柜上安装的控制器便会得电，控制器输出信号给控制
海洋石油平台的水处理控制系统设计
王慧
（博迈科海洋工程股份有限公司，天津 300457）
摘要：本文主要设计了一套使用PLC 和触摸屏，实现对海洋石油平台生产水处理系统的控制及实时监控功能，对本控制系统所使用的硬件及软件进行了描述。

关键词：水处理；PLC；触摸屏；设计
中图分类号：TM621.8 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）04（下）-0219-02
盘上的电磁阀，电磁阀控制本地控制盘柜上的压力调节器，并向盘柜内部填充仪表气，当盘柜内部压力达到设定的压力值，盘柜内部的PLC 才能得电，此时系统开始工作。

（3）在系统工作的过程中，控制器不断检测盘柜内部的压力值，压力值低于设定值，控制器输出信号给电磁阀，电磁阀控制盘柜上的压力调节器，并向盘柜内部填充仪表气，使盘柜内部压力升高，这样就可以一直保持盘柜内部的压力能够满足工作要求。

（4）如果控制盘内部的压力过低，不能满足控制盘的工作压力要求，则会发出一个故障报警信号，但是系统不会停止运行。

此时工作人员就需要去现场对本地控制盘进行检查，查找出故障原因，进行修复，从而保障系统的运行。

控制盘的主要技术参数有：（1）控制盘应用于Zone2的海洋环境。

（2）施耐德的断路器。

（3）控制盘的供电电源为110V AC。

（4）控制盘的主电源供电频率为48～62 Hz。

（5）控制盘的内部设有2个接地排，分别为电气接地和保护接地，接地排的材质为镀锡铜。

（6）本控制盘采用的是正压形式。

（7）控制盘的防护等级为IP56。

（8）控制盘的安装方式为立式安装。

（9）控制盘的柜体材质是2 mm 后的316L SS。

（10）控制盘的柜体大小为1100mm x 600mm x 300mm。

（11）控制盘采用底部进线的设计。

（12）控制盘的内部有压力检测设计，带有压力报警设计。

（13）控制盘具有自动的吹扫功能。

（14）控制盘配有触摸屏。

（15）控制盘底端距离接线端子至少200mm。

（16）控制盘的重量约为130 Kg。

为了实现该系统的自动控制运行，还选用了施耐德的PLC、触摸屏、电源、输入输出卡件、通讯电缆等实现了系统的本地控制。

该系统的控制输入、输出信号如图2所示。

为了能够实现图2所示的自动控制功能，本系统的硬件配置如下：PLC CPU 一个，4路模拟量输入/2路模拟量输出模块2个，触摸屏1台，并配有其它实现自动控制功能的辅助元器件。

PLC 及触摸屏的技术参数有：（1）施耐德的PLC CPU：1个型号为TM218LDAE40DR 的CPU。

交流，24点输入，14点
图1 水处理系统工艺流程
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继电器＋2点晶体管输出，螺钉端子，内置以太网。

（2）施耐德的PLC AI/AO：2个型号为TM2AMM6HT 的AI/AO 卡件。

4路输入，0~10V 或0~20mA，12位精度；2路输出，0~10V 或4~20mA，12位精度。

（3）施耐德的触摸屏：1台型号为HMIGTO2300的触摸屏。

5.7" 65k 色触摸屏，USB，2个串口。

3 控制系统的软件设计描述
海洋石油平台生产水处理系统的自动控制功能的实现除了需要具备一定的硬件设备配置外，还需要具备能够实现自动控制这些硬件的软件程序。

本系统的自动控制软件的设计，主要是完成采集与处理系统内仪表的模拟量和调节阀的数字量信息，从而完成系统稳定运行的控制及系统运行的监控。

3.1 PLC 程序设计描述
本自动控制系统的PLC 应用程序是基于施耐德的PLC 软件来开发，实现系统运行的自动控制。

以下是本控制系统的控制逻辑。

（1）首先给本地控制盘提供110V AC 主电源，此时本地控制盘面上的上电指示灯会显示为红色，代表此时盘柜的主电源已经接通，但此时系统处于停止状态。

（2）在本地控制盘柜的盘面上设置了系统启动按钮，工作人员可以按下系统启动按钮，此时本地控制盘得电，继而使得PLC 得电，系统开始运行。

控制盘面上的系统运行指示灯会变成绿色，代表此时系统处于运行状态。

（3）系统正常运行后，就需要PLC 对系统进行PID 控制。

如果加气浮选罐1中液位达到系统设定的液位高高值，则将该罐上的液体排出，管线上的调节阀开度调大，加快罐内液体的排放速度，将罐内的液体液位降低；如果加气浮选罐1中液位达到系统设定的液位低低值，则将该罐上的液体排出，管线上的调节阀开度调小，降低罐内液体排放的速度，将罐内的液体液位升高。

如果加气浮选罐2中液位达到系统设定的液位高高值，则将该罐上的液体排出，管线上的调节阀开度调大，加快罐内液体排放的速度，将罐内的液体液位降低；如果加气浮选罐2中液位达到系统设定的液位低低值，则将该罐上的液体排出，管线上的调节阀开度调小，降低罐内液体
排放的速度，将罐内的液体液位升高。

如果符合排放要求的生产水流经的管线中压力值达到系统设定的压力高点，则将该管线上的调节阀开度调大，增加管线的液体排放能力，从而降低管线中的压力值；但如果符合排放要求的生产水流经的管线中压力值达到系统设定的压力低点，则将该管线上的调节阀开度调小，降低管线的液
体排放能力，从而升高管线中的压力值。

通过几个调节阀的精确调节功能保证了系统的稳定、准确运行。

（4）系统的运行过程中还有一些流量，压力的高低值报警功能，通过报警功能，如果一旦发生报警，本地控制盘上设置的蜂鸣器就会发出声音，提醒现场的工作人员得知系统运行已出现故障，需要对系统进行检查，确保系统的正常运行。

（5）在系统控制盘柜的盘面上设置了紧急停止按钮，如果有紧急情况需要停止系统的运行，工作人员可以通过按下紧急控制按钮来停止系统的运行，此时控制盘面上的系统停止指示灯会变成红色，代表此时系统已停止运行。

此紧急控制按钮是蘑菇头的形状，在按下此紧急运行停止按钮后，如果想要重新启动系统，必须将此按钮复位才可以重新给本地控制盘上电。

这样就可以充分的保证系统运行的安全性。

3.2 触摸屏设计描述
本控制系统使用的触摸屏采用的是一个5.7”屏幕大小的施耐德触摸屏，该触摸屏上显示的内容与系统实际的工作流程相对应，触摸屏与PLC 通过RS485通讯协议进行实时的通讯，就可以实时的接受PLC 传输过来的系统运行数据，这样就可以实现通过触摸屏实时显示系统运行的数据。

于是现场的工作人员可以通过触摸屏界面显示的系统运行状况，实现对系统运行的实时监控，可以实时的观察到罐内的液位高度，以及排放大海的管线中的压力值、流量值等。

当系统发生报警时，首先工作人员会听到本地控制盘上蜂鸣器的报警，然后工作人员可以通过点击触摸屏下方的系统报警按钮进行报警信息的准确查询，通过查询工作人员可以得到准确的报警信息，就不需要在现场对系统进行检查，然后查找出故障位置，这样就可以大大缩短工作人员对系统故障查找的时间，进而能够快速排除系统的故障。

工作人员还可以点击触摸屏下方的运行曲线按钮，通过切换界面，查看一段时间内系统运行的压力、流量、液位的运行变化曲线。

4 结语
本文的设计是以PLC 实现控制的海洋石油平台生产水处理系统，并使用了触摸屏实现对系统运行的实时监控，极大提升了系统运行的可靠性和稳定性。

参考文献：
[1] 韩庆瑶.PLC 在水处理控制系统中的应用[J]. 机械设计与制,
图2 控制输入输出信号。