基于PLC的油田污水处理系统

谢兰清 王彩霞 广西工业职业技术学院

基于PLC的油田污水处理系统

谢兰清 王彩霞 广西工业职业技术学院

油田污水处理控制系统的功能主要包括三个方面：对污水处理的流程控制功能和对设备运行的控制功能；对相关环节的监测功能；给出决策和对系统参数进行设置的功能。可编程控制器（PLC）具有应用灵活和可靠性高的特点，当PLC集散控制层发出相应的命令，与之相关的设备会启停并按照设置的命令来运行，使油田污水能够按照工艺流程中规定的流程进行处理。系统的软件主要包括PLC的控制软件以及上位机的组态软件。

油田；污水处理；可编程控制器；工艺流程

油田污水处理自动控制系统已有多年的研究历史，但在我国很多地方仍然只是部分环节实现了自动化。随着可编程控制器（PLC）的出现，这一现状得到了改善。可编程控制器具有应用灵活和可靠性高的特点，只需对相应的程序进行修改即可实现不同的控制功能，因此在油田污水处理中得到了广泛的应用。

1 污水处理的工艺流程

油田污水的成分主要包括一些硫化物和杂质颗粒。当前污水净化的措施是在污水中添加一些能够与杂质进行化学反应的物质，使这些杂质变成能够沉降到水底的物质，也可以使用过滤等物理方法滤除杂质。

在污水处理过程中，首先将油田污水存放在调储罐中，通过提升泵的作用，污水进入到反应罐。反应罐中含有大量的化学药剂，污水进入反应罐会与这些化学药剂发生化学反应而生成能够沉降于水底的物质。在一次沉降罐中，污水实现初步沉降，并发生油水分离。第二步，污水进入到二次沉降罐中，进一步实现杂质的沉降，同时降低污水中的含油量。在升压缓冲罐中设有收油和排泥装置，具有调节污水的功能，同时也可以进一步对污水进行净化。滤罐可以对废水进行过滤处理，将其中的一些悬浮杂质过滤掉。外输反冲洗罐中可以储存一部分经过过滤后达到排放要求的清水，在必要的时候将其输送到注水站中；同时，也可以将外输反冲洗罐中的水作为滤罐反冲洗的污水来源。

2 系统功能分析

油田污水处理控制系统的功能主要包括三个方面：①对污水处理的流程控制功能和对设备运行的控制功能。前者主要是实现污水的流动顺序按照要求进行，依据事先设定的顺序，通过控制系统对污水的流向进行控制，使其按照一定的顺序经过各个处理环节，使得处理过程完整。后者主要是实现对处理环节中的各个设备的运行进行控制，包括对过滤罐的控制，电机和压力泵的控制等，保证所有设备能够自动运转。②对相关环节的监测功能。在污水处理系统运作过程中，需要对各个环节进行实时监测，以防某一环节出现故障而对整个系统造成影响。③给出决策和对系统参数进行设置的功能。污水处理控制系统能够将系统运行的全部信息记录下来，在必要的场合，根据之前的运行信息对当前的动作给予决策。另外，该系统还可便捷地对各类运行参数进行设置，如过滤周期和加药量等。

3 系统结构

整个污水处理控制系统按照一定的层次进行设计。

电气设备执行层中包含各种电气设备，如阀门、水泵以及各类仪表等。这些设备主要受到PLC集散控制层的控制，当PLC集散控制层发出相应的命令，与之相关的设备会启停并按照设置的命令来运行，使油田污水能够按照工艺流程中规定的流程进行处理。在电气设备的执行层中，还包含有很多的传感器，它们将得到的各类信息通过传感器或设备的动作传输给PLC集散控制层。PLC集散控制层完成的主要功能是对相应的数据进行采集，包括当前的环境信息数据、设备的运行状态数据等。当用户给予某一控制要求后，PLC集散控制层能够将该控制要求转换成相应的控制信号，控制相应的设备发生动作。最上层是工控机监控管理层，通过这层用户可以查看整个控制系统的运行状态信息，也可以交互方式对系统运行状态进行控制。

PLC控制系统包括可编程控制器以及与之相关的各类模块。图1给出了PLC控制系统示意图。作为一种专门应用于工业环境下的电子装置，PLC的逻辑操作功能十分强大。其在开关量控制中使用十分方便，如果系统中配置有相关的模拟量模块，PLC也可以通过数模转换后对模拟量进行控制。工业计算机是上位机的主体部分，它能够对整个污水处理控制系统进行管理和监控，但它不实现过程控制的功能。其完成的控制和管理任务级别更高，这就要求具有较强的信息存储能力和较快的运算速度。

图1 PLC控制系统示意图

4 系统软件设计

控制系统的软件主要包括PLC的控制软件设计以及上位机的组态软件设计。就前者而言，它利用的是STEP7 V5.3软件进行开发设计的，软件完成的主要功能是设计开发地址以及地址的分配，同时给出具体的用户程序。在具体编程时，采用的是模块化结构进行编程，按照油田污水处理系统中需要控制的设备的相应状态，将整个工艺流程划分为多个独立的小流程，对这些小流程分别进行编程，在各类子程序中编写好各自的控制功能，并且给出各自的通信数据。可以通过对组织模块的调用使用这些功能。

该控制系统中上位机组态软件采用的是WinCC 6.0软件，它可以监控整个污水处理中所有设备的运行情况，对运行参数进行实时监测。该软件采用的数据库为Microsoft SQL Server 2000，该数据库可以对生产数据进行归档处理。另外，它也兼具浏览器的功能，在使用的时候十分方便。上位机实现的功能有：对流量、压力等进行显示，及时给出报警信号；对污水处理的动态过程给予显示；合理设置工艺流程中的各类参数；将运行参数存储在计算机中。在监控系统提供的各类实时画面中，工艺画面可以实现对整个工艺流程的显示。

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.020