基于PLC和组态软件的污水处理监控系统设计

黄建新

(中国石油西南管道公司,四川成都 610041)

随着社会的进步和工业发展,水资源已经成为影响国计民生的主要因素,但针对我国工业用水耗费高,重复利用水少的现象仍然比较普遍[1],据有关资料显示工业用水重复利用率平均仅为40%～50%,提升工业用水利用率的关键实质要看对污水处理的程度。

在石油石化企业,每天都有大量的工业污水产生,采用先进、实用的技术改造传统工艺,在环境保护过程中将先进的自动控制技术应用其中,是推动环保产业升级,实现生态环境可持续发展的重要环节。因此,在这种形势下工业污水处理自动控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、经济效益和环保效益的研究课题。

综合以上原因,从环保、生态、经济效益等多方面因素考虑,对工业污水处理提升其自动化水平是一个势在必行的趋势。因此,有效地结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用和PLC控制系统技术[2]将为当前工业污水处理控制系统提供有效的解决方案和具有良好的市场推广前景。

1 污水处理流程

污水处理系统的工艺流程是一级分离器分离出来的生产污水经过斜板除油器进行初次处理,处理后的污水含油量在200-400ppm,依靠重力流入加气浮选器进行处理,经过加气浮选器之后含油量达到30-60ppm,再通过输送泵进入双介质滤器,在这里处理后的污水含油量≤15ppm后就达到处理要求,然后送入储水罐,在经过注水缓冲罐打入油井下以平衡井下压力,提高采油量。因此,斜板除油器、加气浮选器、气浮循环泵、双介质滤器、污水罐、污油罐、旋流除砂器、注水缓冲罐等设备成为重要的污水处理设备。

通过上述的工艺要求分析,我们在这里提出方案,由于在污水处理系统中许多罐体的液位需要控制[3],而且在液位控制中我们用的控制算法是离散式PID,算法在上位机组态中实现,下位机中我们用的西门子S7-200系列的PLC[4],CPU型号为226,PLC梯形图的编写用的是STEP 7 Micro WIN SP6。

图1 下位控制系统运行流程图

2 污水处理监控系统的下位机控制

通过在西门子PLC中编写监控系统的下位机控制程序。在确定该系统I/O分配的基础上给出下位机具体的控制流程,如图1所示。

I/O输入分配:

I0.0:启动SB1 I0.1:停止SB2

I0.2:斜板除油器手动开始SB3 I0.3:斜板除油器手动停止SB4

I0.4:气浮A手动开始SB5 I0.5:气浮A手动停止SB6

I0.6:气浮B手动开始SB7 I0.7:气浮B手动停止SB8

I1.0:双滤器A手动开始SB9 I1.1:双滤器A手动停止SB10

I1.2:双滤器B手动开始SB11 I1.3:双滤器B手动停止SB12

I1.4:污水罐手动开始SB13 I1.5:污水罐手动停止SB14

I1.6:污油罐手动开始SB15 I1.7:污油罐手动停止SB16

图2 上位控制系统运行图

图3 污水罐运行参数图

I2.0:旋流除砂器手动开始SB17 I2.1:旋流除砂器手动停止SB18

I2.2:注水缓冲罐手动开始SB19 I2.3:注水缓冲罐手动停止SB20

I2.4:油井A注水开始SB21 I2.5:油井A注水结束SB22

I2.6:油井B注水结束SB23 I2.7:油井B注水结束SB24

I3.0:油井C注水结束SB25 I3.1:油井C注水结束SB26

I/O输出分配:

Q0.0:启动线圈 Q0.1:斜板除油器手动线圈

Q0.2:气浮A手动线圈 Q0.3:气浮B手动线圈

Q0.4:双滤器A手动线圈 Q0.5:双滤器B手动线圈

Q0.6:污水罐手动线圈 Q0.7:污油罐手动线圈

Q1.0:旋流除砂器手动线圈 Q1.1:注水缓冲罐手动线圈

Q1.2:油井A线圈 Q1.3:油井B线圈

Q1.4:油井C线圈

3 污水处理监控系统的上位机控制

以力控6.0监控组态软件为基础,通过编写对应的脚本语言,对污水处理过程中涉及到的所有参数进行检测,利用如公式(1)所示的常规离散PID运算规则将设定值与测量值获得的偏差信号进行控制策略的应用,通过下位PLC对执行器进行有效调节,从而使受控对象的受控变量能够快速、平稳、准确地跟踪上设定值。从而达到下位机参数监测和上位机参数监控进行合理分工,完成对污水处理系统中的所有参数进行监控。上位机的运行界面如图2所示,针对污水处理罐部分的PID控制的运行参数如图3所示。

式中u(k)为执行机构输出的位置,如阀门开度或泵的转速,因此称为位置型控制算式。

4 结语

通过了解污水处理系统的目的和意义以及国内外发展的情况,在下位机中用西门子S7-200系列的PLC通过编写PID运算程序,完成对对应参数的运算;在上位机中通过对相应的参数曲线和运算结果进行有效监控。从而使污水处理系统达到理想的控制效果,并可以将该方法推广到其他的应用系统中去,为此类控制方法的应用提供了良好的示范作用。

[1]王香爱,张洪利,杨珊,等.工业污水处理技术及前景[J].应用化工,2017,46(3):563-567.

[2]唐俊涛,郑萍,刘会勇,等.基于PLC的大型污水处理控制系统[J].仪表技术与传感器,2015,(6):48-52.

[3]楼佩煌,朱锦标,谭惠民.自动化立体罐体控制系统中的通信技术研究与开发[J].南京航空航天大学学报,1998,(30):120-128.

[4]王玉中.电气控制及PLC应用技术[J].自动化与仪器仪表,2004,(6):10-18.