基于PLC和組態軟件的污水處理監控系統設計

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發展,水資源已經成為影響國計民生的主要因素,但針對我國工業用水耗費高,重復利用水少的現象仍然比較普遍[1],據有關資料顯示工業用水重復利用率平均僅為40%～50%,提升工業用水利用率的關鍵實質要看對污水處理的程度。

在石油石化企業,每天都有大量的工業污水產生,采用先進、實用的技術改造傳統工藝,在環境保護過程中將先進的自動控制技術應用其中,是推動環保產業升級,實現生態環境可持續發展的重要環節。因此,在這種形勢下工業污水處理自動控制系統無疑是一個具有巨大的社會效益、經濟效益和環保效益的研究課題。

綜合以上原因,從環保、生態、經濟效益等多方面因素考慮,對工業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控制系統技術[2]將為當前工業污水處理控制系統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

污水處理系統的工藝流程是一級分離器分離出來的生產污水經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、氣浮循環泵、雙介質濾器、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,算法在上位機組態中實現,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 下位控制系統運行流程圖

2 污水處理監控系統的下位機控制

通過在西門子PLC中編寫監控系統的下位機控制程序。在確定該系統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 上位控制系統運行圖

圖3 污水罐運行參數圖

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注水結束SB22

I2.6:油井B注水結束SB23 I2.7:油井B注水結束SB24

I3.0:油井C注水結束SB25 I3.1:油井C注水結束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 污水處理監控系統的上位機控制

以力控6.0監控組態軟件為基礎,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進行檢測,利用如公式(1)所示的常規離散PID運算規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對執行器進行有效調節,從而使受控對象的受控變量能夠快速、平穩、準確地跟蹤上設定值。從而達到下位機參數監測和上位機參數監控進行合理分工,完成對污水處理系統中的所有參數進行監控。上位機的運行界面如圖2所示,針對污水處理罐部分的PID控制的運行參數如圖3所示。

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

4 結語

通過了解污水處理系統的目的和意義以及國內外發展的情況,在下位機中用西門子S7-200系列的PLC通過編寫PID運算程序,完成對對應參數的運算;在上位機中通過對相應的參數曲線和運算結果進行有效監控。從而使污水處理系統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.工業污水處理技術及前景[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[J].儀表技術與傳感器,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中的通信技術研究與開發[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[J].自動化與儀器儀表,2004,(6):10-18.