污水處理的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)化工自動(dòng)化

1、油田污水處理的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 介紹了油田污水處理設(shè)備的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由plc控制器、現(xiàn)場操作站及上位機(jī)監(jiān)控站構(gòu)成?？梢酝瓿蓪τ吞镂鬯幚碓O(shè)備的自動(dòng)控制、工藝參數(shù)和工藝過程的監(jiān)視。關(guān)鍵詞：污水處理 plc 監(jiān)控系統(tǒng)1 工藝流程簡介油田污水處理系統(tǒng)的工藝流程如下圖一所示。一次緩沖罐流量計(jì)算機(jī)加藥泵收油罐混合罐沉降罐排污池二次緩沖罐壓力濾罐ph值注水站油田來水mna劑b劑變頻器圖一、油田污水處理的工藝流程從油田的脫水站過來的水經(jīng)過一次緩沖罐和收油罐后，與所加藥劑在混合罐中進(jìn)行混合，混合后的水在沉降罐中進(jìn)行過濾，再經(jīng)過二次緩沖罐后進(jìn)入壓力濾罐進(jìn)行過濾，過濾后的水送入注水站或作為

2、沖洗用水。計(jì)算機(jī)通過m點(diǎn)的水流速值和n點(diǎn)的水ph值來控制所加藥劑的量。在工作過程中，對沉降罐要定時(shí)進(jìn)行排污，壓力濾罐要定時(shí)進(jìn)行反沖洗。2 系統(tǒng)控制功能在設(shè)備運(yùn)行過程中，根據(jù)系統(tǒng)的要求，有如下幾點(diǎn)的工藝參數(shù)，需要采集、顯示和控制：1) 加藥控制：有手動(dòng)加藥和自動(dòng)加藥兩種控制方式。在加藥工藝中，主要有a劑和b劑兩種藥劑，其中，a劑的加入量由液體的流速和ph值來決定，b劑的加入量僅由液體的流速來決定。控制a劑加入量的自動(dòng)加藥過程如下：先測量m點(diǎn)液體的流速和n點(diǎn)液體的ph值給計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)算后控制加藥泵的轉(zhuǎn)速，即可達(dá)到控制a劑加入量的目的。a劑加藥過程的原理圖如圖二所示。b劑的加藥控制過程與a劑的類

3、似。在手動(dòng)操作加藥過程中，操作人員可以按照參考數(shù)據(jù)或憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置計(jì)算機(jī)的輸出控制值，來達(dá)到控制加藥的目的。本系統(tǒng)中采用變頻器控制加藥泵電機(jī)。現(xiàn)場ph值+pid比例變頻器現(xiàn)場工藝污水流速設(shè)定ph值圖二、a劑加藥過程的原理圖2) 排污控制：分手動(dòng)排污和自動(dòng)排污兩種方式。自動(dòng)排污的工作過程中，系統(tǒng)對所有工作方式設(shè)為自動(dòng)的沉降罐按順序進(jìn)行排污，排污時(shí)間由定時(shí)器設(shè)定，可按照工藝需要更改時(shí)間。每個(gè)沉降罐有四個(gè)排污閥門，在排污開始之后要順序打開閥門，并在閥門切換時(shí)加入一定的延時(shí)。手動(dòng)排污可以方便對任意一個(gè)沉降罐進(jìn)行排污，其工作過程為：選擇手動(dòng)排污方式，然后選擇想要進(jìn)行排污的沉降罐，按下排污按鈕即可實(shí)

4、現(xiàn)對所選罐進(jìn)行排污。3) 反沖洗控制：分手動(dòng)反沖洗和自動(dòng)反沖洗兩種方式。自動(dòng)反沖洗時(shí)，系統(tǒng)對所有工作方式設(shè)為自動(dòng)的壓力濾罐按順序進(jìn)行反沖洗，反沖洗時(shí)間由定時(shí)器設(shè)定，可按照工藝需要更改時(shí)間。壓力濾罐共有四個(gè)進(jìn)出管道，即正常工作的進(jìn)出口和反沖洗的進(jìn)出口。反沖洗的過程為：先打開反沖洗的出口閥門，再打開反沖洗的進(jìn)口閥門，然后關(guān)閉正常工作的進(jìn)出口閥門，當(dāng)反沖洗結(jié)束時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉反沖洗的進(jìn)口閥門，然后關(guān)閉反沖洗的出口閥門，最后打開正常工作的進(jìn)出口閥門。在這些閥門打開或關(guān)閉過程中，也要加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。手動(dòng)反沖洗可以對任意一個(gè)壓力濾罐進(jìn)行反沖洗，其工作過程為：選擇手動(dòng)反沖洗方式，然后選擇想

5、要進(jìn)行反沖洗的壓力濾罐，按下反沖按鈕即可實(shí)現(xiàn)對所選罐進(jìn)行反沖洗。4) 上位機(jī)監(jiān)視功能：利用上位機(jī)，通過rs-485網(wǎng)絡(luò)，將plc控制器連接起來3，工藝參數(shù)先由傳感器進(jìn)入plc ，經(jīng)處理后，送入上位監(jiān)測計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)畫顯示整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)顯示流量、液位、ph值、調(diào)節(jié)閥的輸出值以及現(xiàn)場閥門的開關(guān)狀態(tài)， ph值、流量歷史曲線的顯示，故障報(bào)警及處理，以及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的查詢管理和打印報(bào)表。3 系統(tǒng)硬件組成：系統(tǒng)以工控機(jī)為監(jiān)測站，完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示，故障監(jiān)測及報(bào)警，關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲、查詢和打印等。選用plc作為控制站，控制現(xiàn)場設(shè)備。plc站通過rs-485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)

6、連接。在現(xiàn)場控制柜上，還設(shè)有工業(yè)級人機(jī)界面作為現(xiàn)場操作站。3.1 監(jiān)控站 我們采用了研華586工控機(jī)作為plc的上位機(jī)，監(jiān)控軟件采用組態(tài)王6.5版，對全部現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視。3.2 plc控制站 在plc控制站，過程現(xiàn)場中各檢測點(diǎn)的信號集中送入電器柜，再送入plc?？刂戚敵鲂盘?，一路是手動(dòng)信號，電器柜上配有排污和反沖洗的啟停開關(guān)；另一路來自上位機(jī)的控制信號，控制現(xiàn)場設(shè)備。本系統(tǒng)的構(gòu)成如圖一所示?，F(xiàn)場中有流量、ph值、藥劑液位需要檢測。有加藥泵，反沖洗泵，各種蒸汽閥需要控制。我們采用siemens公司的s7-300 plc，系統(tǒng)其設(shè)置如下：兩個(gè)底板通過接口模塊連接起來，cpu采用315-

7、2dp型，一個(gè)ps307 10a電源模塊，兩個(gè)im365接口模塊，模擬量輸入sm311一塊，模擬量輸出sm332兩塊，數(shù)字量輸入sm321三塊，數(shù)字量輸出sm322五塊。數(shù)字量輸入采用dc24v型，輸出則為繼電器型。plc的接線圖如下：pib256pib257_+測ph值信號pib258pib260測流量值信號+_pqb272pqb273pqb274pqb275去a劑加藥變頻器去b劑加藥變頻器i12.0i13.0l+i32.1i32.2i32.3i32.4i32.5i32.6dc 24vdc 0vq40.1q40.0q40.6m排污方式反沖洗方式手動(dòng)排污自動(dòng)排污手動(dòng)反沖洗自動(dòng)反沖洗排污停止反沖

8、洗停止反沖洗指示燈排污指示燈工作指示燈+_測液位信號pib259pib261l1n220v ac電源圖三、plc接線圖3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊s7-300 plc與上位機(jī)之間的通訊可采用上位機(jī)連接或網(wǎng)絡(luò)連接方式。網(wǎng)絡(luò)連接方式把上位機(jī)作為plc的一個(gè)站，為此計(jì)算機(jī)需要專門增加一個(gè)專用的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，軟件必須用s7-300 plc專用軟件，因此系統(tǒng)成本高。為此本系統(tǒng)中采用上位機(jī)連接方式，即plc cpu上的串行通訊口與上位機(jī)通過pc adapter連接，如圖四。然后設(shè)置上位機(jī)的串口選項(xiàng)，以確定串口號、波特率、校驗(yàn)類型、數(shù)據(jù)長度等，上位機(jī)與plc 按應(yīng)答方式通訊，其通訊過程為：先由上位機(jī)向plc發(fā)出一組

9、稱為命令塊的ascii數(shù)據(jù)，plc對命令進(jìn)行操作后，將結(jié)果返回給上位機(jī)，這組數(shù)據(jù)稱為響應(yīng)塊，命令塊與響應(yīng)塊以幀為單位進(jìn)行傳送。 plcpc-adapter計(jì)算機(jī)圖四、plc與上位機(jī)的連接3.4 現(xiàn)場設(shè)備及儀表 現(xiàn)場設(shè)備上的一次儀表都是標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)儀表，其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma或0-5v模擬電信號。模擬信號經(jīng)adam模塊轉(zhuǎn)換濾波后變成工程量進(jìn)行計(jì)算。所用的電磁流量計(jì)為防暴型ftq-101，最大流量16000m3/d，供電電源1140v dc，輸出信號：420ma；ph值變送器為帶溫度補(bǔ)償?shù)腶pt2000ph-0-is-e00，精度小于0.02，供電電源442v dc, 輸出信號：420ma；

10、隔離式安全柵，jib7039，輸入信號：420ma，輸出信號：420ma。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 plc控制軟件plc程序主要完成對設(shè)備的自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集的處理。如圖一中加藥的閉環(huán)控制，加藥的閉環(huán)控制算法采用pid算法，在s7-300 plc中集成了pid功能，很容易實(shí)現(xiàn)過程量的閉環(huán)控制，按照系統(tǒng)的控制要求，在這里采用比例加積分的控制算法1。本系統(tǒng)的軟件是利用step7 v5.3在windows xp平臺下開發(fā)的，編程靈活、方便。軟件采用模塊化編程結(jié)構(gòu)，整個(gè)軟件分為主程序，三個(gè)子程序和若干個(gè)公共過程。1） 主程序塊：主程序塊主要完成與各子程序的聯(lián)系，根據(jù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)用。2） 排污子程序塊

11、：該程序塊主要完成對沉降罐按照其工作方式進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)排污時(shí)的操作。3） 反沖洗子程序塊：該程序塊主要完成對壓力濾罐按照其工作方式進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)反沖洗時(shí)的操作。 4） 加藥子程序塊：該程序塊主要完成對所加入的各種藥劑進(jìn)行控制。5） 公共過程程序塊：完成排污及反沖洗操作中的閥門切換和延時(shí)操作。4.2 上位監(jiān)控軟件 上位機(jī)監(jiān)控軟件采用組態(tài)王6.52，具有如下功能：流程圖顯示、過程參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫、報(bào)表生成等。流程圖顯示提供了油田污水處理的全部流程圖，各設(shè)備均以較直觀圖形表示。各參數(shù)和各設(shè)備的狀況直接動(dòng)態(tài)的顯示在流程圖上，人機(jī)界面友好、信息豐富。系統(tǒng)中的畫面如圖五所示： a 主畫

12、面 b 反沖洗畫面 c a劑加藥控制畫面 d 其他藥劑控制畫面 e 系統(tǒng)控制面板 f 歷史曲線圖五、監(jiān)控系統(tǒng)畫面 監(jiān)控畫面中，主畫面和反沖洗畫面是工業(yè)現(xiàn)場的整個(gè)流程圖，在畫面中可以顯示流速、ph植等參數(shù)以及各個(gè)閥門的開關(guān)狀態(tài)，并且可以直接在畫面中對單個(gè)閥門進(jìn)行打開或關(guān)閉操作。在兩個(gè)加藥控制畫面中對加藥過程進(jìn)行監(jiān)控，并可方便的修改控制的方式和參數(shù)。系統(tǒng)控制面板可方便的進(jìn)行現(xiàn)場的排污和反沖洗操作，并以指示燈顯示運(yùn)行狀態(tài)。歷史曲線畫面保存著系統(tǒng)工作時(shí)的流速、ph值等數(shù)據(jù)信息，方便查詢。5 結(jié)束語二十一世紀(jì)世界上的水源將是個(gè)難題，隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，水源被污染更為嚴(yán)重，工業(yè)污水處理在我國還剛剛起步，

13、隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng)，人們越來越重視工業(yè)污水的處理，同時(shí)人們也對油田污水處理的自動(dòng)化水平提出了更高的要求，因此本文介紹了油田污水處理的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，利用這種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以提高污水處理的效率并且節(jié)約了資源，該系統(tǒng) 2006年5月開始在河南省濮陽市采油二廠聯(lián)合站投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。參考文獻(xiàn)1 李玉長.plc在全自動(dòng)高效污水處理裝置中的應(yīng)用.機(jī)電工程.1997,12（3）：34-36.2 李嵐.plc在化學(xué)工廠污水處理中的應(yīng)用.制造業(yè)自動(dòng)化.2002，24（3）：57-58.3 陽憲惠著.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京.清華大學(xué)出版社，1999.computer monitor

14、and control system design of sewage control in oil field wang dongyun chen yue(electrical department, zhongyuan institute of technology, henan, zhengzhou,450007)abstract a computer monitor and control system design of sewage control in oil field was introduced. this system is composed of plc , local operator and monitor computer station. it can control the mach