石油化工循环水自动加药与监控系统设计

平亦超，薄翠梅，何　平

(1．南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏南京　210000；2．南京工业大学经济与管理学院，江苏南京　210000)

0　引言

在国内，随着水资源的日益紧缺，为节约用水，石油、化工、冶金和纺织等行业对循环冷却水系统的使用越来越广泛，但部分厂矿企业对其处理仍是采用传统的人工加药，而药剂量的多少与循环冷却水的循环水流量、药剂浓度、补充水流量、污水排放量等多种因素有关，因此采用传统人工加药方式很容易引起加药量的不均匀，影响循环水的质量[1]。针对以上问题，开发了工业循环水自动加药与监控系统，采用通用编程语言Delphi来设计上位机软件，克服了组态软件功能欠佳、费用高等缺陷。完成对循环水自动加药与监控，满足现代工业循环水质监管要求。

1　系统硬件构成与工作原理

根据工艺过程对系统的控制要求，整套硬件系统包括：台湾研华系列工业控制计算机、RS-232接口、研华ADAM通信模块、各类检测仪表、执行器电磁阀、计量泵。其中通过ADAM通信模块实现工控机与检测仪表间的数据通信；为保证测量精度与系统稳定性，相关仪表和设备均采用进口产品，流量、pH、电导率、ORP、计量泵为美国米罗顿公司生产；浊度仪和余氯仪为美国哈希公司生产。系统硬件结构如图1所示。

图1　系统硬件结构图

现场仪表4～20 mA模拟量信号通过双绞线传输到ADAM4017通信模块，再经RS-232模块将信号传输到上位机，进行工程量转换，同时实现对工程量的显示，储存等处理。计量泵和电磁阀的控制信号由ADAM4050模块输出，计量泵可以实现手自动的切换。

2　系统软件的总体设计

软件设计主要是上位机监控程序和控制程序，监控程序是对现场数据的处理和相关功能的实现，控制程序主要是完成加药量的计算，对计量泵和电磁阀进行控制。下面主要说明监控程序的设计。

2．1控制方案

该系统的控制任务主要是针对2种药品的投加和排污电磁阀的开启与关闭。

(1)两种药品的控制方案：流量-电导式控制[2]

系统的加药量=补充水流量×药剂浓度/K

(1)

浓缩倍数K=循环水电导率/补充水电导率

(2)

根据一个周期内采集的数据量计算出加药量，输出给计量泵，实现自动加药。

(2)排污电磁阀的控制方案：回差控制[2]。在控制程序中设置循环水电导率上下限，当电导率大于上限时排污阀启动，直到电导率低于下限时排污阀关闭；反之，排污阀一直维持到上限才打开。这样可以有效避免排污阀的频繁开启和关闭。

2．2监控系统的结构与功能设计

监控系统功能设计结构如图2所示。

图2　监控系统功能设计结构图

(1)在监控界面中，对各工程量进行跟踪显示，同时显示各计量泵和排污阀的工作状态，发生报警时，可以观察到报警点数据背景变红并闪烁。用户通过监控界面可以准确地掌握循环水加药系统的运行状态。

(2)在数据备份/恢复界面中，用户可自主选择何时的数据，把该数据备份到目标目录下，用户也可把数据恢复到目标目录下，提高了整个系统的安全可靠性。

(3)该系统设置所有数据每10 min定时存入数据库1次。在趋势图显示界面中，用户可以查询最近1 h、最近3 h和最近1 d各水质参数的曲线。

(4)在报表界面中，用户可以查看各水质参数的数值及对应的采集时间，同时可根据需要进行打印。

(5)在通讯界面中，又分为4个功能不同的模块。通信初始化参数模块，用户可以根据不同电脑，配置不同串口。ADAM4050输出参数模块，用户可观察到加药泵和排污阀的开关状态。数据采集点参数模块，用户可以自主选择数据采集点，并根据工艺要求设置该参数的上下限。数据点显示模块，显示各个水质参数的实际测量值和转换后的工程量值。

(6)最小化当前窗口界面和退出系统界面操作简单，就不作细化。

该系统用户分为管理员和操作员，并设置了不同级别密码。从成功登入系统开始，每切换到不同的界面都需要选择正确的用户名，并输入正确的密码，提高了系统的安全系数。

3　系统功能的程序实现

3．1程序实现构思

系统编程流程图，如图3所示[3]。

图3　系统编程流程图

3．2上位机与仪表通信的实现

该系统采用API函数串口通信编程，取代MSCOMM控件，实现上位机与仪表间的通信。利用Create File函数打开串口；通过GetCommState函数填充设备控制块DCB；调用SetCommState函数配置串口的波特率、数据位、校验位和停止位；读、写串口分别调用 Read File和Write File函数；至此就可以在指定的串口上控制数据的传输，程序退出时使用Close Handle函数关闭串口。

ADAM通信模块与计算机之间采用串口连接，其通信协议为Modbus。由计算机发送格式为“#”+“ADAM模块的地址代号”+“通道号”+“回车对应的ASII码”的命令，该模块会自动返回对应通道的测量值，从而对数据进行相关处理。该过程如图4所示。

图4　数据获取流程图

3．3数据的处理与功能的实现

在获取数据后，首先对其进行工程量转换，定时存入数据库。用ADO连接好数据库，通过SQL中INSERT指令将数据存入数据库。通过Delphi中Timer控件的Interval属性来设置数据定时存入数据库的间隔时间。

报表打印主要用到Delphi中QReport面板的几个关键组件，首先建立报表打印窗体，加入QuickRep组件，作为建立报表的基础，接着加入QRBand组件，用于显示具体内容，必须根据内容的类型设置Band type属性，显示的是数据库中的数据时，必须使用QRDPText组件。其中QuickRep中一个重要属性就是Dataset，它必须连接上数据连接控件，否则表格不会循环显示。QRPreview和QRPrint组件分别用于预览和打印报表。

趋势图的显示是根据用户选择的一段时间，通过数据库操作模块查询该时间段内某参数(如：补充水电导率、补充水流量、循环水pH等)变化数据，所得的数据通过组件Tchart显示。

数据的备份和恢复通过一个API函数Copy File，实现数据的备份和恢复功能。

软件其他功能如登入退出系统、最小化窗口等，程序实现简单，就不作细化。

4　结束语

该系统结构简单、功能完善、界面友好美观，开发完毕后已应用于宁波镇海炼油厂循环水处理系统。经现场实际运行证明，该系统可对循环水水质实时监控，并根据水质情况自动调整加药量，加药均、药量准确，水质各项指标优良，节省了人力资源，防止了药品浪费，经济效益较好。

参考文献：

[1]张晓东，童少为．循环水自动加药计算机控制系统．吉林化工学院学报，2005，22(4)：42-44．

[2]朱斌，罗益民，袁启昌，等．自动加药与监测系统在工业循环冷却水中的应用．工业水处理，2007，27(12)：76-79．

[3]柏杨进，薄翠梅，何平．换热器实时监控系统的设计与实现．石油化工自动化，2012，48(1)：66-68．

[4]周本省．工业水处理技术，第二版．北京：化学工业出版社，2002 ．

[5]侯立刚，许忠仁．循环冷却水自动加药系统．电子质量，2002，16(9)：56-57．

[6]钟斌，黎和昌，敬新益，等．利用Visual C++和ADAM模块开发温度采集与控制系统．南昌工程学院学报，2005，24(03)：46-49．

[7]《电脑编程技巧与维护》杂志社．Delphi编程典型实例解析．北京：中国水利水电出版社，2007．

[8]杨长春，刘俊，石林，等．Delphi程序设计教程.2版．北京：清华大学出版社，2008．