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1、油田污水处理的计算机监控系统的设计摘要 介绍了油田污水处理设备的计算机监控系统的设计。该系统由PLC控制器、现场操作站及上位机监控站构成。可以完成对油田污水处理设备的自动控制、工艺参数和工艺过程的监视。关键词：污水处理 PLC 监控系统1 工艺流程简介油田污水处理系统的工艺流程如下图一所示。一次缓冲罐流量计算机加药泵收油罐混合罐沉降罐排污池二次缓冲罐压力滤罐PH值注水站油田来水MNA剂B剂变频器图一、油田污水处理的工艺流程从油田的脱水站过来的水经过一次缓冲罐和收油罐后，与所加药剂在混合罐中进行混合，混合后的水在沉降罐中进行过滤，再经过二次缓冲罐后进入压力滤罐进行过滤，过滤后的水送入注水站或作为
2、冲洗用水。计算机通过M点的水流速值和N点的水PH值来控制所加药剂的量。在工作过程中，对沉降罐要定时进行排污，压力滤罐要定时进行反冲洗。2 系统控制功能在设备运行过程中，根据系统的要求，有如下几点的工艺参数，需要采集、显示和控制：1) 加药控制：有手动加药和自动加药两种控制方式。在加药工艺中，主要有A剂和B剂两种药剂，其中，A剂的加入量由液体的流速和PH值来决定，B剂的加入量仅由液体的流速来决定。控制A剂加入量的自动加药过程如下：先测量M点液体的流速和N点液体的PH值给计算机控制器，运算后控制加药泵的转速，即可达到控制A剂加入量的目的。A剂加药过程的原理图如图二所示。B剂的加药控制过程与A剂的类
3、似。在手动操作加药过程中，操作人员可以按照参考数据或凭借经验进行手动设置计算机的输出控制值，来达到控制加药的目的。本系统中采用变频器控制加药泵电机。现场PH值+PID比例变频器现场工艺污水流速设定PH值图二、A剂加药过程的原理图2) 排污控制：分手动排污和自动排污两种方式。自动排污的工作过程中，系统对所有工作方式设为自动的沉降罐按顺序进行排污，排污时间由定时器设定，可按照工艺需要更改时间。每个沉降罐有四个排污阀门，在排污开始之后要顺序打开阀门，并在阀门切换时加入一定的延时。手动排污可以方便对任意一个沉降罐进行排污，其工作过程为：选择手动排污方式，然后选择想要进行排污的沉降罐，按下排污按钮即可实
4、现对所选罐进行排污。3) 反冲洗控制：分手动反冲洗和自动反冲洗两种方式。自动反冲洗时，系统对所有工作方式设为自动的压力滤罐按顺序进行反冲洗，反冲洗时间由定时器设定，可按照工艺需要更改时间。压力滤罐共有四个进出管道，即正常工作的进出口和反冲洗的进出口。反冲洗的过程为：先打开反冲洗的出口阀门，再打开反冲洗的进口阀门，然后关闭正常工作的进出口阀门，当反冲洗结束时，应先关闭反冲洗的进口阀门，然后关闭反冲洗的出口阀门，最后打开正常工作的进出口阀门。在这些阀门打开或关闭过程中，也要加入适当的延时使得系统能够稳定的运行。手动反冲洗可以对任意一个压力滤罐进行反冲洗，其工作过程为：选择手动反冲洗方式，然后选择想
5、要进行反冲洗的压力滤罐，按下反冲按钮即可实现对所选罐进行反冲洗。4) 上位机监视功能：利用上位机，通过RS-485网络，将PLC控制器连接起来3，工艺参数先由传感器进入PLC ，经处理后，送入上位监测计算机，在计算机屏幕上动画显示整个系统的工作状态，动态显示流量、液位、PH值、调节阀的输出值以及现场阀门的开关状态， PH值、流量历史曲线的显示，故障报警及处理，以及关键数据的查询管理和打印报表。3 系统硬件组成：系统以工控机为监测站，完成工艺参数的设定、修改、工艺流程的动态显示，故障监测及报警，关键数据的存储、查询和打印等。选用PLC作为控制站，控制现场设备。PLC站通过RS-485网络与上位机
6、连接。在现场控制柜上，还设有工业级人机界面作为现场操作站。3.1 监控站 我们采用了研华586工控机作为PLC的上位机，监控软件采用组态王6.5版，对全部现场设备的运行状况进行监视。3.2 PLC控制站 在PLC控制站，过程现场中各检测点的信号集中送入电器柜，再送入PLC。控制输出信号，一路是手动信号，电器柜上配有排污和反冲洗的启停开关；另一路来自上位机的控制信号，控制现场设备。本系统的构成如图一所示。现场中有流量、PH值、药剂液位需要检测。有加药泵，反冲洗泵，各种蒸汽阀需要控制。我们采用SIEMENS公司的S7-300 PLC，系统其设置如下：两个底板通过接口模块连接起来，CPU采用315-
7、2DP型，一个PS307 10A电源模块，两个IM365接口模块，模拟量输入SM311一块，模拟量输出SM332两块，数字量输入SM321三块，数字量输出SM322五块。数字量输入采用DC24V型，输出则为继电器型。PLC的接线图如下：PIB256PIB257_+测PH值信号PIB258PIB260测流量值信号+_PQB272PQB273PQB274PQB275去A剂加药变频器去B剂加药变频器I12.0I13.0L+I32.1I32.2I32.3I32.4I32.5I32.6DC 24VDC 0VQ40.1Q40.0Q40.6M排污方式反冲洗方式手动排污自动排污手动反冲洗自动反冲洗排污停止反冲
8、洗停止反冲洗指示灯排污指示灯工作指示灯+_测液位信号PIB259PIB261L1N220V AC电源图三、PLC接线图3.3 系统网络通讯S7-300 PLC与上位机之间的通讯可采用上位机连接或网络连接方式。网络连接方式把上位机作为PLC的一个站，为此计算机需要专门增加一个专用的网络通讯模块，软件必须用S7-300 PLC专用软件，因此系统成本高。为此本系统中采用上位机连接方式，即PLC CPU上的串行通讯口与上位机通过PC Adapter连接，如图四。然后设置上位机的串口选项，以确定串口号、波特率、校验类型、数据长度等，上位机与PLC 按应答方式通讯，其通讯过程为：先由上位机向PLC发出一组
9、称为命令块的ASCII数据，PLC对命令进行操作后，将结果返回给上位机，这组数据称为响应块，命令块与响应块以帧为单位进行传送。 .PLCPC-Adapter计算机图四、PLC与上位机的连接3.4 现场设备及仪表 现场设备上的一次仪表都是标准的常规仪表，其输出信号为标准的4-20mA或0-5V模拟电信号。模拟信号经ADAM模块转换滤波后变成工程量进行计算。所用的电磁流量计为防暴型FTQ-101，最大流量16000m3/d，供电电源1140V DC，输出信号：420mA；PH值变送器为带温度补偿的APT2000PH-0-IS-E00，精度小于0.02，供电电源442V DC, 输出信号：420mA
10、；隔离式安全栅，JIB7039，输入信号：420mA，输出信号：420mA。4 系统软件设计4.1 PLC控制软件PLC程序主要完成对设备的自动控制，数据采集的处理。如图一中加药的闭环控制，加药的闭环控制算法采用PID算法，在S7-300 PLC中集成了PID功能，很容易实现过程量的闭环控制，按照系统的控制要求，在这里采用比例加积分的控制算法1。本系统的软件是利用STEP7 V5.3在Windows XP平台下开发的，编程灵活、方便。软件采用模块化编程结构，整个软件分为主程序，三个子程序和若干个公共过程。1） 主程序块：主程序块主要完成与各子程序的联系，根据系统的功能进行调用。2） 排污子程序
11、块：该程序块主要完成对沉降罐按照其工作方式进行自动或手动排污时的操作。3） 反冲洗子程序块：该程序块主要完成对压力滤罐按照其工作方式进行自动或手动反冲洗时的操作。 4） 加药子程序块：该程序块主要完成对所加入的各种药剂进行控制。5） 公共过程程序块：完成排污及反冲洗操作中的阀门切换和延时操作。4.2 上位监控软件 上位机监控软件采用组态王6.52，具有如下功能：流程图显示、过程参数显示、参数设定、报警、监控数据库、报表生成等。流程图显示提供了油田污水处理的全部流程图，各设备均以较直观图形表示。各参数和各设备的状况直接动态的显示在流程图上，人机界面友好、信息丰富。系统中的画面如图五所示： a 主
12、画面 b 反冲洗画面 c A剂加药控制画面 d 其他药剂控制画面 e 系统控制面板 f 历史曲线图五、监控系统画面 监控画面中，主画面和反冲洗画面是工业现场的整个流程图，在画面中可以显示流速、PH植等参数以及各个阀门的开关状态，并且可以直接在画面中对单个阀门进行打开或关闭操作。在两个加药控制画面中对加药过程进行监控，并可方便的修改控制的方式和参数。系统控制面板可方便的进行现场的排污和反冲洗操作，并以指示灯显示运行状态。历史曲线画面保存着系统工作时的流速、PH值等数据信息，方便查询。5 结束语二十一世纪世界上的水源将是个难题，随着工业的进一步发展，水源被污染更为严重，工业污水处理在我国还刚刚起步
13、，随着人们环境意识的增强，人们越来越重视工业污水的处理，同时人们也对油田污水处理的自动化水平提出了更高的要求，因此本文介绍了油田污水处理的计算机监控系统，利用这种计算机控制系统，可以提高污水处理的效率并且节约了资源，该系统 2006年5月开始在河南省濮阳市采油二厂联合站投入使用，系统运行稳定，效果良好。参考文献1 李玉长.plc在全自动高效污水处理装置中的应用.机电工程.1997,12（3）：34-36.2 李岚.plc在化学工厂污水处理中的应用.制造业自动化.2002，24（3）：57-58.3 阳宪惠著.现场总线技术及其应用.北京.清华大学出版社，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 machine and monitor procedure and data of the running machine.Keywords: sewage control PLC monitor system
