基于PLC和組態(tài)軟件的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)設計

黃建新

(中國石油西南管道公司,四川成都 610041)

隨著社會的進步和工業(yè)發(fā)展,水資源已經(jīng)成為影響國計民生的主要因素,但針對我國工業(yè)用水耗費高,重復利用水少的現(xiàn)象仍然比較普遍[1],據(jù)有關(guān)資料顯示工業(yè)用水重復利用率平均僅為40%～50%,提升工業(yè)用水利用率的關(guān)鍵實質(zhì)要看對污水處理的程度。

在石油石化企業(yè),每天都有大量的工業(yè)污水產(chǎn)生,采用先進、實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝,在環(huán)境保護過程中將先進的自動控制技術(shù)應用其中,是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因此,在這種形勢下工業(yè)污水處理自動控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的研究課題。

綜合以上原因,從環(huán)保、生態(tài)、經(jīng)濟效益等多方面因素考慮,對工業(yè)污水處理提升其自動化水平是一個勢在必行的趨勢。因此,有效地結(jié)合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用和PLC控制系統(tǒng)技術(shù)[2]將為當前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的解決方案和具有良好的市場推廣前景。

1 污水處理流程

污水處理系統(tǒng)的工藝流程是一級分離器分離出來的生產(chǎn)污水經(jīng)過斜板除油器進行初次處理,處理后的污水含油量在200-400ppm,依靠重力流入加氣浮選器進行處理,經(jīng)過加氣浮選器之后含油量達到30-60ppm,再通過輸送泵進入雙介質(zhì)濾器,在這里處理后的污水含油量≤15ppm后就達到處理要求,然后送入儲水罐,在經(jīng)過注水緩沖罐打入油井下以平衡井下壓力,提高采油量。因此,斜板除油器、加氣浮選器、氣浮循環(huán)泵、雙介質(zhì)濾器、污水罐、污油罐、旋流除砂器、注水緩沖罐等設備成為重要的污水處理設備。

通過上述的工藝要求分析,我們在這里提出方案,由于在污水處理系統(tǒng)中許多罐體的液位需要控制[3],而且在液位控制中我們用的控制算法是離散式PID,算法在上位機組態(tài)中實現(xiàn),下位機中我們用的西門子S7-200系列的PLC[4],CPU型號為226,PLC梯形圖的編寫用的是STEP 7 Micro WIN SP6。

圖1 下位控制系統(tǒng)運行流程圖

2 污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的下位機控制

通過在西門子PLC中編寫監(jiān)控系統(tǒng)的下位機控制程序。在確定該系統(tǒng)I/O分配的基礎上給出下位機具體的控制流程,如圖1所示。

I/O輸入分配:

I0.0:啟動SB1 I0.1:停止SB2

I0.2:斜板除油器手動開始SB3 I0.3:斜板除油器手動停止SB4

I0.4:氣浮A手動開始SB5 I0.5:氣浮A手動停止SB6

I0.6:氣浮B手動開始SB7 I0.7:氣浮B手動停止SB8

I1.0:雙濾器A手動開始SB9 I1.1:雙濾器A手動停止SB10

I1.2:雙濾器B手動開始SB11 I1.3:雙濾器B手動停止SB12

I1.4:污水罐手動開始SB13 I1.5:污水罐手動停止SB14

I1.6:污油罐手動開始SB15 I1.7:污油罐手動停止SB16

圖2 上位控制系統(tǒng)運行圖

圖3 污水罐運行參數(shù)圖

I2.0:旋流除砂器手動開始SB17 I2.1:旋流除砂器手動停止SB18

I2.2:注水緩沖罐手動開始SB19 I2.3:注水緩沖罐手動停止SB20

I2.4:油井A注水開始SB21 I2.5:油井A注水結(jié)束SB22

I2.6:油井B注水結(jié)束SB23 I2.7:油井B注水結(jié)束SB24

I3.0:油井C注水結(jié)束SB25 I3.1:油井C注水結(jié)束SB26

I/O輸出分配:

Q0.0:啟動線圈 Q0.1:斜板除油器手動線圈

Q0.2:氣浮A手動線圈 Q0.3:氣浮B手動線圈

Q0.4:雙濾器A手動線圈 Q0.5:雙濾器B手動線圈

Q0.6:污水罐手動線圈 Q0.7:污油罐手動線圈

Q1.0:旋流除砂器手動線圈 Q1.1:注水緩沖罐手動線圈

Q1.2:油井A線圈 Q1.3:油井B線圈

Q1.4:油井C線圈

3 污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的上位機控制

以力控6.0監(jiān)控組態(tài)軟件為基礎,通過編寫對應的腳本語言,對污水處理過程中涉及到的所有參數(shù)進行檢測,利用如公式(1)所示的常規(guī)離散PID運算規(guī)則將設定值與測量值獲得的偏差信號進行控制策略的應用,通過下位PLC對執(zhí)行器進行有效調(diào)節(jié),從而使受控對象的受控變量能夠快速、平穩(wěn)、準確地跟蹤上設定值。從而達到下位機參數(shù)監(jiān)測和上位機參數(shù)監(jiān)控進行合理分工,完成對污水處理系統(tǒng)中的所有參數(shù)進行監(jiān)控。上位機的運行界面如圖2所示,針對污水處理罐部分的PID控制的運行參數(shù)如圖3所示。

式中u(k)為執(zhí)行機構(gòu)輸出的位置,如閥門開度或泵的轉(zhuǎn)速,因此稱為位置型控制算式。

4 結(jié)語

通過了解污水處理系統(tǒng)的目的和意義以及國內(nèi)外發(fā)展的情況,在下位機中用西門子S7-200系列的PLC通過編寫PID運算程序,完成對對應參數(shù)的運算;在上位機中通過對相應的參數(shù)曲線和運算結(jié)果進行有效監(jiān)控。從而使污水處理系統(tǒng)達到理想的控制效果,并可以將該方法推廣到其他的應用系統(tǒng)中去,為此類控制方法的應用提供了良好的示范作用。

[1]王香愛,張洪利,楊珊,等.工業(yè)污水處理技術(shù)及前景[J].應用化工,2017,46(3):563-567.

[2]唐俊濤,鄭萍,劉會勇,等.基于PLC的大型污水處理控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015,(6):48-52.

[3]樓佩煌,朱錦標,譚惠民.自動化立體罐體控制系統(tǒng)中的通信技術(shù)研究與開發(fā)[J].南京航空航天大學學報,1998,(30):120-128.

[4]王玉中.電氣控制及PLC應用技術(shù)[J].自動化與儀器儀表,2004,(6):10-18.