基于dsPIC4013單片機的污水處理測控系統

2014-12-01 07:33:22張萍長江大學電子信息學院湖北荊州434023

長江大學學報(自科版) 2014年28期

張萍（長江大學電子信息學院，湖北荊州434023）

譚蓮香（四機賽瓦石油鉆采設備有限公司，湖北荊州434024）

隨著海上油田開發的深入，原油含水率上升，在開發過程中產生大量的采油污水，污水中含有油、懸浮物及有機物等污染物，直接排放會對海洋環境造成重大污染［1］。海上CEP平臺空間較小，承重能力有限，需要結構緊湊、處理效率高、出水水質好的污水處理工藝［2］，陸上油田的一些成熟的污水處理工藝無法直接應用［3］。油田常用的采油污水處理方法可歸納為物理法、化學法和生化法等幾大類［4］。但每種方法都有其局限性，受污水成分、原油存在形式、回收利用程度以及排放方式等多種因素的影響，使用單一的處理方法，難以達到滿意的效果［5］。為此，筆者介紹一套結合電化學、物理過濾、化學藥劑反應等多級污水處理工藝的測控系統。

1 污水處理工藝流程

含聚污水處理工藝主要由污水槽、旋流混合罐、電化學除油罐、斜管除油罐、污油槽、濾前水槽和過濾器組成［6］。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 系統工藝流程圖

污水在污水槽中加熱和攪拌之后被提升泵打到混合罐中與藥劑反應，然后經過電化學除油罐和斜管除油罐除油后到濾前水槽緩沖，再通過增壓泵打到過濾器中進行過濾，最后裝入塑料桶。為了增加工藝處理的靈活設置，過濾器可以單獨使用，也可以串聯并聯使用［7］。

2 測控系統方案

含聚污水處理裝置測控系統包括上位機（PC機）、控制器、電氣柜、現場的一次儀表和執行機構。上位機主要提供人機交互界面以及數據處理等，包括現場數據顯示、儀表狀態顯示、過程控制參數設定、控制操作界面、工藝參數保存、查詢與報表輸出等。控制器完成對現場設備的信號采集、控制命令的執行與反饋等。上位機和控制器之間進行數據傳輸，相互協調，完成整個自動測控功能。電氣柜給現場的執行機構提供動力。測控系統結構圖如圖2所示。

3 控制方法

圖2 測控系統結構圖

根據工藝要求系統有4個關鍵參數控制點：溫度控制（污水槽溫度要求保持在65℃ （±5℃））、加藥控制（添加的藥劑量與實際污水的量成比例關系，所以需要根據提升泵實際來水量控制加藥的量）、電化學罐液位控制（為確保電化學除油效果，電化學罐工作液位要求控制在80%～－85%，除渣液位控制在96%）、斜管除油罐液位控制（為確保斜管除油效果，斜管罐工作液位要求控制在85%～－90%，除渣液位控制在96%）。

根據測控要求，筆者設計了4個控制點的控制系統。

3.1 溫度控制

通過實時在線檢測污水槽溫度來實現對電加熱棒的控制。從圖3可知，實際溫度跟設定溫度的差值，經過相應的控制算法后，通過控制固態繼電器的占空度（PWM）來控制電加熱棒有效功率，實現對電加熱爐的實際溫度控制。

圖3 溫度控制原理框圖

3.2 加藥控制

加藥控制原理框圖如圖4所示，加藥控制是通過比值控制和閉環控制共同作用的，藥劑給定流量是通過提升泵流量和藥劑濃度比值計算得出，再通過一個閉環控制來控制實際加藥量。

圖4 加藥控制原理框圖

3.3 電化學除油罐液位控制

電化學除油罐的工作液位主要受提升泵流量的影響，提升泵流量還影響著加藥的流量。提升泵的流量既要保證流程的相對穩定，滿足污水處理的工藝要求；又要保證電化學除油罐的液位在一定范圍內波動，因此其控制算法采用智能控制算法。在確保液位控制在85%～95%時，工藝流程流量相對穩定。其控制原理如圖5所示。

圖5 電化學除油罐液位控制原理框圖

3.4 斜管除油罐液位控制

斜管除油罐進口流量Q0不受控制，由于濾前水槽是封閉的，它的出口流量Q1就受增壓泵的控制。Q0作為一個可測不可控的干擾量，筆者采用前饋加反饋的控制方法，在進口流量發生變化時及時改變出口流量來消除干擾，盡可能的做到除油罐液位變化較小。其具體控制原理如圖6所示。

圖6 斜管除油罐液位控制原理框圖

4 控制器的硬件設計

控制器主要完成污水處理工藝參數的實時在線檢測與控制，并與上位機進行數據通訊。數據通訊采用RS232通信接口協議。模擬量輸入（AI）共需要采集10路數據，分別是：污水槽液位、電化學除油罐液位、斜管除油罐液位、濾前水槽液位、污水槽溫度、提升泵壓力、過濾增壓泵壓力、反沖洗泵壓力、提升泵流量、強力攪拌器轉速。模擬量輸出（AO）共有4路輸出，分別是電加熱爐、提升泵、加藥泵、增壓泵控制輸出信號（見圖7）。