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)學院

油田污水處理控制系統(tǒng)的功能主要包括三個方面：對污水處理的流程控制功能和對設(shè)備運行的控制功能；對相關(guān)環(huán)節(jié)的監(jiān)測功能；給出決策和對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置的功能。可編程控制器（PLC）具有應(yīng)用靈活和可靠性高的特點，當PLC集散控制層發(fā)出相應(yīng)的命令，與之相關(guān)的設(shè)備會啟停并按照設(shè)置的命令來運行，使油田污水能夠按照工藝流程中規(guī)定的流程進行處理。系統(tǒng)的軟件主要包括PLC的控制軟件以及上位機的組態(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)實現(xiàn)了自動化。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，只需對相應(yīng)的程序進行修改即可實現(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。當前污水凈化的措施是在污水中添加一些能夠與雜質(zhì)進行化學反應(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)儲罐中，通過提升泵的作用，污水進入到反應(yīng)罐。反應(yīng)罐中含有大量的化學藥劑，污水進入反應(yīng)罐會與這些化學藥劑發(fā)生化學反應(yīng)而生成能夠沉降于水底的物質(zhì)。在一次沉降罐中，污水實現(xiàn)初步沉降，并發(fā)生油水分離。第二步，污水進入到二次沉降罐中，進一步實現(xiàn)雜質(zhì)的沉降，同時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，同時也可以進一步對污水進行凈化。濾罐可以對廢水進行過濾處理，將其中的一些懸浮雜質(zhì)過濾掉。外輸反沖洗罐中可以儲存一部分經(jīng)過過濾后達到排放要求的清水，在必要的時候?qū)⑵漭斔偷阶⑺局校煌瑫r，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方面：①對污水處理的流程控制功能和對設(shè)備運行的控制功能。前者主要是實現(xiàn)污水的流動順序按照要求進行，依據(jù)事先設(shè)定的順序，通過控制系統(tǒng)對污水的流向進行控制，使其按照一定的順序經(jīng)過各個處理環(huán)節(jié)，使得處理過程完整。后者主要是實現(xiàn)對處理環(huán)節(jié)中的各個設(shè)備的運行進行控制，包括對過濾罐的控制，電機和壓力泵的控制等，保證所有設(shè)備能夠自動運轉(zhuǎn)。②對相關(guān)環(huán)節(jié)的監(jiān)測功能。在污水處理系統(tǒng)運作過程中，需要對各個環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，以防某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障而對整個系統(tǒng)造成影響。③給出決策和對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置的功能。污水處理控制系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)運行的全部信息記錄下來，在必要的場合，根據(jù)之前的運行信息對當前的動作給予決策。另外，該系統(tǒng)還可便捷地對各類運行參數(shù)進行設(shè)置，如過濾周期和加藥量等。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個污水處理控制系統(tǒng)按照一定的層次進行設(shè)計。

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)備會啟停并按照設(shè)置的命令來運行，使油田污水能夠按照工藝流程中規(guī)定的流程進行處理。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相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行采集，包括當前的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。當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，控制相應(yīng)的設(shè)備發(fā)生動作。最上層是工控機監(jiān)控管理層，通過這層用戶可以查看整個控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，也可以交互方式對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行控制。

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)換后對模擬量進行控制。工業(yè)計算機是上位機的主體部分，它能夠?qū)φ麄€污水處理控制系統(tǒng)進行管理和監(jiān)控，但它不實現(xiàn)過程控制的功能。其完成的控制和管理任務(wù)級別更高，這就要求具有較強的信息存儲能力和較快的運算速度。

圖1 PLC控制系統(tǒng)示意圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件主要包括PLC的控制軟件設(shè)計以及上位機的組態(tài)軟件設(shè)計。就前者而言，它利用的是STEP7 V5.3軟件進行開發(fā)設(shè)計的，軟件完成的主要功能是設(shè)計開發(fā)地址以及地址的分配，同時給出具體的用戶程序。在具體編程時，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)進行編程，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)，將整個工藝流程劃分為多個獨立的小流程，對這些小流程分別進行編程，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^對組織模塊的調(diào)用使用這些功能。

該控制系統(tǒng)中上位機組態(tài)軟件采用的是WinCC 6.0軟件，它可以監(jiān)控整個污水處理中所有設(shè)備的運行情況，對運行參數(shù)進行實時監(jiān)測。該軟件采用的數(shù)據(jù)庫為Microsoft SQL Server 2000，該數(shù)據(jù)庫可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行歸檔處理。另外，它也兼具瀏覽器的功能，在使用的時候十分方便。上位機實現(xiàn)的功能有：對流量、壓力等進行顯示，及時給出報警信號；對污水處理的動態(tài)過程給予顯示；合理設(shè)置工藝流程中的各類參數(shù)；將運行參數(shù)存儲在計算機中。在監(jiān)控系統(tǒng)提供的各類實時畫面中，工藝畫面可以實現(xiàn)對整個工藝流程的顯示。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.020