謝蘭清 王彩霞 廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于PLC的油田污水處理系統(tǒng)

謝蘭清 王彩霞 廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油田污水處理控制系統(tǒng)的功能主要包括三個(gè)方面：對(duì)污水處理的流程控制功能和對(duì)設(shè)備運(yùn)行的控制功能；對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)功能；給出決策和對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的功能?？删幊炭刂破鳎≒LC）具有應(yīng)用靈活和可靠性高的特點(diǎn)，當(dāng)PLC集散控制層發(fā)出相應(yīng)的命令，與之相關(guān)的設(shè)備會(huì)啟停并按照設(shè)置的命令來運(yùn)行，使油田污水能夠按照工藝流程中規(guī)定的流程進(jìn)行處理。系統(tǒng)的軟件主要包括PLC的控制軟件以及上位機(jī)的組態(tài)軟件。

油田；污水處理；可編程控制器；工藝流程

油田污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)已有多年的研究歷史，但在我國很多地方仍然只是部分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。隨著可編程控制器（PLC）的出現(xiàn)，這一現(xiàn)狀得到了改善?？删幊炭刂破骶哂袘?yīng)用靈活和可靠性高的特點(diǎn)，只需對(duì)相應(yīng)的程序進(jìn)行修改即可實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，因此在油田污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 污水處理的工藝流程

油田污水的成分主要包括一些硫化物和雜質(zhì)顆粒。當(dāng)前污水凈化的措施是在污水中添加一些能夠與雜質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，使這些雜質(zhì)變成能夠沉降到水底的物質(zhì)，也可以使用過濾等物理方法濾除雜質(zhì)。

在污水處理過程中，首先將油田污水存放在調(diào)儲(chǔ)罐中，通過提升泵的作用，污水進(jìn)入到反應(yīng)罐。反應(yīng)罐中含有大量的化學(xué)藥劑，污水進(jìn)入反應(yīng)罐會(huì)與這些化學(xué)藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成能夠沉降于水底的物質(zhì)。在一次沉降罐中，污水實(shí)現(xiàn)初步沉降，并發(fā)生油水分離。第二步，污水進(jìn)入到二次沉降罐中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的沉降，同時(shí)降低污水中的含油量。在升壓緩沖罐中設(shè)有收油和排泥裝置，具有調(diào)節(jié)污水的功能，同時(shí)也可以進(jìn)一步對(duì)污水進(jìn)行凈化。濾罐可以對(duì)廢水進(jìn)行過濾處理，將其中的一些懸浮雜質(zhì)過濾掉。外輸反沖洗罐中可以儲(chǔ)存一部分經(jīng)過過濾后達(dá)到排放要求的清水，在必要的時(shí)候?qū)⑵漭斔偷阶⑺局校煌瑫r(shí)，也可以將外輸反沖洗罐中的水作為濾罐反沖洗的污水來源。

2 系統(tǒng)功能分析

油田污水處理控制系統(tǒng)的功能主要包括三個(gè)方面：①對(duì)污水處理的流程控制功能和對(duì)設(shè)備運(yùn)行的控制功能。前者主要是實(shí)現(xiàn)污水的流動(dòng)順序按照要求進(jìn)行，依據(jù)事先設(shè)定的順序，通過控制系統(tǒng)對(duì)污水的流向進(jìn)行控制，使其按照一定的順序經(jīng)過各個(gè)處理環(huán)節(jié)，使得處理過程完整。后者主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)處理環(huán)節(jié)中的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制，包括對(duì)過濾罐的控制，電機(jī)和壓力泵的控制等，保證所有設(shè)備能夠自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。②對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)功能。在污水處理系統(tǒng)運(yùn)作過程中，需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以防某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。③給出決策和對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的功能。污水處理控制系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)運(yùn)行的全部信息記錄下來，在必要的場(chǎng)合，根據(jù)之前的運(yùn)行信息對(duì)當(dāng)前的動(dòng)作給予決策。另外，該系統(tǒng)還可便捷地對(duì)各類運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如過濾周期和加藥量等。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)污水處理控制系統(tǒng)按照一定的層次進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電氣設(shè)備執(zhí)行層中包含各種電氣設(shè)備，如閥門、水泵以及各類儀表等。這些設(shè)備主要受到PLC集散控制層的控制，當(dāng)PLC集散控制層發(fā)出相應(yīng)的命令，與之相關(guān)的設(shè)備會(huì)啟停并按照設(shè)置的命令來運(yùn)行，使油田污水能夠按照工藝流程中規(guī)定的流程進(jìn)行處理。在電氣設(shè)備的執(zhí)行層中，還包含有很多的傳感器，它們將得到的各類信息通過傳感器或設(shè)備的動(dòng)作傳輸給PLC集散控制層。PLC集散控制層完成的主要功能是對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括當(dāng)前的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。當(dāng)用戶給予某一控制要求后，PLC集散控制層能夠?qū)⒃摽刂埔筠D(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，控制相應(yīng)的設(shè)備發(fā)生動(dòng)作。最上層是工控機(jī)監(jiān)控管理層，通過這層用戶可以查看整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，也可以交互方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。

PLC控制系統(tǒng)包括可編程控制器以及與之相關(guān)的各類模塊。圖1給出了PLC控制系統(tǒng)示意圖。作為一種專門應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下的電子裝置，PLC的邏輯操作功能十分強(qiáng)大。其在開關(guān)量控制中使用十分方便，如果系統(tǒng)中配置有相關(guān)的模擬量模塊，PLC也可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換后對(duì)模擬量進(jìn)行控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)是上位機(jī)的主體部分，它能夠?qū)φ麄€(gè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控，但它不實(shí)現(xiàn)過程控制的功能。其完成的控制和管理任務(wù)級(jí)別更高，這就要求具有較強(qiáng)的信息存儲(chǔ)能力和較快的運(yùn)算速度。

圖1 PLC控制系統(tǒng)示意圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件主要包括PLC的控制軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。就前者而言，它利用的是STEP7 V5.3軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，軟件完成的主要功能是設(shè)計(jì)開發(fā)地址以及地址的分配，同時(shí)給出具體的用戶程序。在具體編程時(shí)，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，按照油田污水處理系統(tǒng)中需要控制的設(shè)備的相應(yīng)狀態(tài)，將整個(gè)工藝流程劃分為多個(gè)獨(dú)立的小流程，對(duì)這些小流程分別進(jìn)行編程，在各類子程序中編寫好各自的控制功能，并且給出各自的通信數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^對(duì)組織模塊的調(diào)用使用這些功能。

該控制系統(tǒng)中上位機(jī)組態(tài)軟件采用的是WinCC 6.0軟件，它可以監(jiān)控整個(gè)污水處理中所有設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該軟件采用的數(shù)據(jù)庫為Microsoft SQL Server 2000，該數(shù)據(jù)庫可以對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理。另外，它也兼具瀏覽器的功能，在使用的時(shí)候十分方便。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能有：對(duì)流量、壓力等進(jìn)行顯示，及時(shí)給出報(bào)警信號(hào)；對(duì)污水處理的動(dòng)態(tài)過程給予顯示；合理設(shè)置工藝流程中的各類參數(shù)；將運(yùn)行參數(shù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。在監(jiān)控系統(tǒng)提供的各類實(shí)時(shí)畫面中，工藝畫面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝流程的顯示。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.020