一種基于PLC控制器的污水處理設(shè)備控制方法與實(shí)現(xiàn)

王春光 齊偉 姜興偉

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)有的壓濾機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題及用戶的新要求，利用西門子S7-200PLC作為控制器，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了一種全新的設(shè)計(jì)，最終各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到用戶要求。

關(guān)鍵詞：污水處理；控制系統(tǒng)；軟件

勝利油田進(jìn)入中后開發(fā)期，高含水是主要問題，油井采出液含水高達(dá)95%以上，經(jīng)聯(lián)合站處理后產(chǎn)生大量含極少量原油的污水，并含泥沙等固體廢物。直接外排無法滿足環(huán)保要求，須經(jīng)多級(jí)處理達(dá)標(biāo)方能外排或注水回灌。壓濾機(jī)是污水處理廠主要設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著除去污水中固體或懸浮顆粒物的作用，它的工作狀態(tài)好壞直接影響后續(xù)污水處理效果。勝利油田孤東污水處理廠Ⅱ#壓濾機(jī)經(jīng)多年運(yùn)行和多次改造，PLC輸出接點(diǎn)及部分元器件老化，不能正常工作，嚴(yán)重影響采油污水處理效果和污水處理廠正常運(yùn)行，而外排及回注水質(zhì)和處理工藝要求不斷提高。因此要改造其控制系統(tǒng)滿足當(dāng)前功能需求，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行單位要求，需要兼?zhèn)涫謩?dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。

1 系統(tǒng)硬件組成

本壓濾機(jī)系統(tǒng)由主機(jī)部分、液壓部件、電氣元件兩大部分構(gòu)成。

1.1 主機(jī)部分

主機(jī)由兩根橫梁，其兩端分別固定在止推板和液壓缸座的兩側(cè)面，構(gòu)成機(jī)架。在左右橫梁上垂直擱置、依次排列著由濾框、濾板、濾布組成的若干濾室；并可沿橫梁作水平方向移動(dòng)。壓緊板與活塞桿鉸接。由液壓缸活塞驅(qū)使前后移動(dòng)，壓緊濾框、濾板，達(dá)到液壓工作壓力后，旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母鎖緊保壓。再關(guān)閉電機(jī)，即可進(jìn)料過濾。

1.2 液壓部件

液壓部件由液壓輔件（油箱和濾油器）、液壓泵、電磁換向閥、液壓缸和管路等組成。液壓用油需經(jīng)20μm孔徑過濾，加油至液面線上限，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，壓力油經(jīng)電磁閥進(jìn)入液壓缸；推動(dòng)活塞完成濾室的壓緊和放松工序。

1.3 電氣元件

電氣元件單獨(dú)安裝在控制柜內(nèi)。主要由PLC模塊S7200-CPU224、接觸器、中間繼電器等。S7200-CPU224作為控制單元，它的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。本項(xiàng)目中由它來完成對(duì)相應(yīng)電磁換向閥和接觸器的邏輯控制，從而完成實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。為了保證PLC輸出接點(diǎn)的控制效果，采用繼電器輸出控制中間繼電器來來實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組電磁換向閥的控制，而不采用PLC輸出直接控制電磁換向閥和接觸器的目的是避免由于輸出接點(diǎn)的頻繁切換導(dǎo)致輸出接點(diǎn)燒毀而引起系統(tǒng)癱瘓，從而使系統(tǒng)的可靠性更高。

2 系統(tǒng)工作原理

按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和運(yùn)行要求，無論是在手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)工作的第一步均是首先給系統(tǒng)加壓，使壓緊活塞內(nèi)部的壓力保持在15MPa～20MPa之間，才能使板框處于壓緊狀態(tài)，從而保證進(jìn)水壓力達(dá)到0.8MPa時(shí)，板框間無液體溢出，保證過濾的效果。當(dāng)按下壓緊按鈕時(shí)，液壓油泵開始工作，同時(shí)壓緊電磁換向閥打開，液壓油進(jìn)入活塞，推動(dòng)活塞前進(jìn)，使板框壓緊。當(dāng)電接點(diǎn)壓力表壓力達(dá)到上限（20MPa）時(shí)，斷開電磁閥，液壓泵停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)。這時(shí)，可以啟動(dòng)進(jìn)液電機(jī)，開始上料工作。若由于漏失等原因?qū)е聣毫档偷?5MPa以下時(shí)，液壓油泵重新自啟動(dòng)，使系統(tǒng)壓力保持在15MPa～20MPa之間。當(dāng)經(jīng)過大概8個(gè)小時(shí)之后，進(jìn)液口壓力達(dá)到0.8MPa，說明上料過程已經(jīng)完成。這時(shí)，板框之間已經(jīng)充滿了濾渣，下一步進(jìn)行泄壓操作。斷開上料電機(jī)，按下松開按鈕，液壓泵啟動(dòng)，松開電磁換向閥打開，活塞后退，后退到指定位置后，松開電磁換向閥斷開，液壓泵斷開，接下來進(jìn)行卸渣操作。若工作在手動(dòng)狀態(tài)，按下拉板前進(jìn)或后退按鈕即可進(jìn)行卸渣操作。若工作在自動(dòng)狀態(tài)，則按下啟動(dòng)按鈕后拉板自動(dòng)進(jìn)行前進(jìn)和后退操作。卸渣完成后，拉板自動(dòng)返回到原點(diǎn)，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。

3 系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)軟件采用西門子Step7-MicroWin SP3進(jìn)行編寫，按照實(shí)際的控制要求，設(shè)備要具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。其軟件流程如下。

綜上所述，本項(xiàng)目從軟件方面入手，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件觸發(fā)方法實(shí)現(xiàn)了裝置的自動(dòng)運(yùn)行，取得了依靠硬件所不可比擬的效果，同時(shí)節(jié)約成本，可靠性大大提高。本項(xiàng)目充分利用S7-200緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案，巧妙的解決了污水處理廠壓濾機(jī)的控制問題。這對(duì)于提高污水處理水平、降低油田污水回注成本和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：

王春光（1979- ），男，漢族，山東菏澤人，高級(jí)工程師，主要從事計(jì)量科研及管理工作。