PLC下的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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摘要：在石油開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)伴隨各種含油污水的產(chǎn)生。石油開(kāi)采污水處理設(shè)備體積龐大，各處理單元電氣設(shè)備分布散亂，操作時(shí)需要多處協(xié)調(diào)，浪費(fèi)了極大的人力成本。本文以觸摸屏作為人機(jī)交互的媒介，可編程邏輯控制器（plc）作為主控單元，結(jié)合多種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套能集中式進(jìn)行污水處理評(píng)價(jià)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集成化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：污水處理；控制系統(tǒng)；PLC；傳感器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；觸摸屏
引言
石油勘探產(chǎn)生的廢水主要含有懸浮物和原油重要有效處理，使廢水達(dá)到回注油層標(biāo)準(zhǔn)[1]。而進(jìn)行污水處理的設(shè)備體積龐大，各類儀表和電機(jī)等的控制單元分布的比較分散，難以兼顧。既要手動(dòng)控制各類電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速，又需要觀察各類儀表的示數(shù)變化，操作難度高，容易誤操作引發(fā)危險(xiǎn)，造成無(wú)法估量的損失。可編程邏輯控制器(PLC)可靠性高、編程方便、開(kāi)發(fā)周期短，特別適合對(duì)繼電器——接觸器控制的系統(tǒng)的改造[2]。本文以觸摸屏作為人機(jī)交互的媒介，可編程邏輯控制器（PLC）作為主控單元，結(jié)合多種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套能集中式進(jìn)行污水處理評(píng)價(jià)的控制系統(tǒng)。相較之前污水處理設(shè)備常采用的分散控制系統(tǒng)而言，本系統(tǒng)將各電氣設(shè)備的控制單元集中在觸摸屏上，操作方便。此外，對(duì)于需要按鈕控制啟停的設(shè)備，本系統(tǒng)單獨(dú)配備按鈕，既保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，又增加了設(shè)備的實(shí)用性。
1工作流程
目前，石油開(kāi)采廢水處理方法有物理法、化學(xué)法和生化法[3]。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于每種方法都存在本身的局限性，通常是兩三種方法結(jié)合使用[4]。設(shè)備的工作流程如圖1所示，主要是除去微生物、殘余油、非溶解固體、溶解氣體和溶解固體。含油污水處理過(guò)程中，需要根據(jù)污水水質(zhì)的不同進(jìn)行判斷，加入混凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、脫氧劑、氣浮劑以及酸、堿等不同的化學(xué)藥劑。反應(yīng)后的液體先經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)，再經(jīng)過(guò)斜板沉降器，利用密度差進(jìn)行進(jìn)一步分離。其中，水中的油會(huì)上浮，而泥沙等則下沉。在氣浮沉降器中，液體中細(xì)小氣泡進(jìn)一步上浮，帶走水面的細(xì)小油粒。電化學(xué)水處理器中，進(jìn)一步降低鹽類離子濃度。本污水處理系統(tǒng)將過(guò)濾作為最后一道除油除懸浮物的把關(guān)的重要工序。含油污水進(jìn)行深度處理后，先經(jīng)過(guò)砂濾器，再經(jīng)過(guò)多濾料過(guò)濾器，最后經(jīng)過(guò)精細(xì)過(guò)濾器達(dá)到低滲層油藏的注水水質(zhì)要求。
本系統(tǒng)采用西門子SMART系列觸摸屏1000IEV3，采用的PLC為西門子S7-200SmartSR40。需要控制和通訊的電氣設(shè)備主要有攪拌電機(jī)、加藥泵、提升泵、流量計(jì)、液位計(jì)、溫度表等，系統(tǒng)框圖如圖2所示。觸摸屏和PLC之間通過(guò)網(wǎng)線相連，進(jìn)行通訊交互。PLC的CPU本體有多通道數(shù)字輸入輸出能力，通過(guò)組合相應(yīng)擴(kuò)展模塊還能具有模擬量輸入輸出能力。將PLC的數(shù)字輸出口接到中間繼電器上，進(jìn)而控制主電路的接觸器，實(shí)現(xiàn)提升泵、加藥泵和其它泵類的啟停；將PLC擴(kuò)展后的模擬量輸出口接到加藥泵的電流輸入口，通過(guò)輸出4～20mA的電流給加藥泵可控制加藥流量的大小；將PLC擴(kuò)展后的模擬量輸入口接到流量計(jì)和液位計(jì)的電流信號(hào)輸出口，采集二者輸出的4～20mA來(lái)實(shí)時(shí)顯示流量的大小和液位的高低。此外，PLC具有RS485/RS232通訊口，可以和溫度表、變頻器進(jìn)行Modbus通訊，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示溫度和控制攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢的目的。
3觸摸屏軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)界面如圖3所示，通過(guò)觸摸屏布置輸入框、顯示框和操作按鈕等操作控件，可進(jìn)行加藥流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)啟停的控制和溫度、流量、液位的顯示。界面下方設(shè)有其他界面的切換按鈕，可切換到其他界面進(jìn)行電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、操作相關(guān)參數(shù)設(shè)置和報(bào)警信息查詢。本文采用的HMI為經(jīng)濟(jì)性的觸摸屏，本身并不支持報(bào)表功能。SR40CPU有16KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，通過(guò)將數(shù)據(jù)在PLC中分多次鎖存，可以輕松滿足各電機(jī)的狀態(tài)存儲(chǔ)及通訊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，達(dá)到報(bào)表的實(shí)現(xiàn)效果。并提供按日期搜索的功能，將之前鎖存的數(shù)據(jù)在觸摸屏上調(diào)用顯示。
4總結(jié)和展望
本文設(shè)計(jì)的污水處理評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，對(duì)設(shè)備的電氣控制部分進(jìn)行集中式的布局，操作方便，改變了設(shè)備運(yùn)行時(shí)需要多人配合操作的狀況，對(duì)提升污水處理的工作效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]宋鵬.簡(jiǎn)述石油開(kāi)采廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(1):199.
[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.
[3]殷永泉,鄧興彥,劉瑞輝,等.石油化工廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,2006(5):356-360.
[4]袁惠民.含油廢水處理方法[J].化工環(huán)保,1998(3):3-5.
作者：吳玉坤 單位：長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院