PLC下的污水處理控制系統設計

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摘要：在石油開采過程中，會伴隨各種含油污水的產生。石油開采污水處理設備體積龐大，各處理單元電氣設備分布散亂，操作時需要多處協調，浪費了極大的人力成本。本文以觸摸屏作為人機交互的媒介，可編程邏輯控制器（plc）作為主控單元，結合多種傳感器和執行機構，設計了一套能集中式進行污水處理評價的控制系統。系統集成化程度高，運行穩定、可靠。

關鍵詞：污水處理；控制系統；PLC；傳感器；執行機構；觸摸屏

引言

石油勘探產生的廢水主要含有懸浮物和原油重要有效處理，使廢水達到回注油層標準[1]。而進行污水處理的設備體積龐大，各類儀表和電機等的控制單元分布的比較分散，難以兼顧。既要手動控制各類電機的啟停、轉速，又需要觀察各類儀表的示數變化，操作難度高，容易誤操作引發危險，造成無法估量的損失。可編程邏輯控制器(PLC)可靠性高、編程方便、開發周期短，特別適合對繼電器——接觸器控制的系統的改造[2]。本文以觸摸屏作為人機交互的媒介，可編程邏輯控制器（PLC）作為主控單元，結合多種傳感器和執行機構，設計了一套能集中式進行污水處理評價的控制系統。相較之前污水處理設備常采用的分散控制系統而言，本系統將各電氣設備的控制單元集中在觸摸屏上，操作方便。此外，對于需要按鈕控制啟停的設備，本系統單獨配備按鈕，既保證了系統運行的穩定性，又增加了設備的實用性。

1工作流程

目前，石油開采廢水處理方法有物理法、化學法和生化法[3]。實際應用過程中，由于每種方法都存在本身的局限性，通常是兩三種方法結合使用[4]。設備的工作流程如圖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。含油污水處理過程中，需要根據污水水質的不同進行判斷，加入混凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、脫氧劑、氣浮劑以及酸、堿等不同的化學藥劑。反應后的液體先經過壓濾機，再經過斜板沉降器，利用密度差進行進一步分離。其中，水中的油會上浮，而泥沙等則下沉。在氣浮沉降器中，液體中細小氣泡進一步上浮，帶走水面的細小油粒。電化學水處理器中，進一步降低鹽類離子濃度。本污水處理系統將過濾作為最后一道除油除懸浮物的把關的重要工序。含油污水進行深度處理后，先經過砂濾器，再經過多濾料過濾器，最后經過精細過濾器達到低滲層油藏的注水水質要求。

2系統設計

本系統采用西門子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備主要有攪拌電機、加藥泵、提升泵、流量計、液位計、溫度表等，系統框圖如圖2所示。觸摸屏和PLC之間通過網線相連，進行通訊交互。PLC的CPU本體有多通道數字輸入輸出能力，通過組合相應擴展模塊還能具有模擬量輸入輸出能力。將PLC的數字輸出口接到中間繼電器上，進而控制主電路的接觸器，實現提升泵、加藥泵和其它泵類的啟停；將PLC擴展后的模擬量輸出口接到加藥泵的電流輸入口，通過輸出4～20mA的電流給加藥泵可控制加藥流量的大小；將PLC擴展后的模擬量輸入口接到流量計和液位計的電流信號輸出口，采集二者輸出的4～20mA來實時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、變頻器進行Modbus通訊，達到實時顯示溫度和控制攪拌電機轉速快慢的目的。

3觸摸屏軟件設計

上位機界面如圖3所示，通過觸摸屏布置輸入框、顯示框和操作按鈕等操作控件，可進行加藥流量、電機轉速、電機啟停的控制和溫度、流量、液位的顯示。界面下方設有其他界面的切換按鈕，可切換到其他界面進行電氣設備的狀態監控、操作相關參數設置和報警信息查詢。本文采用的HMI為經濟性的觸摸屏，本身并不支持報表功能。SR40CPU有16KB的數據存儲區，通過將數據在PLC中分多次鎖存，可以輕松滿足各電機的狀態存儲及通訊的數據存儲，達到報表的實現效果。并提供按日期搜索的功能，將之前鎖存的數據在觸摸屏上調用顯示。

4總結和展望

本文設計的污水處理評價控制系統穩定可靠，對設備的電氣控制部分進行集中式的布局，操作方便，改變了設備運行時需要多人配合操作的狀況，對提升污水處理的工作效益和經濟效益，具有很高的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]宋鵬.簡述石油開采廢水處理技術的現狀與展望[J].中國新技術新產品,2012(1):199.

[2]廖常初.PLC編程及應用[M].3版.北京:機械工業出版社,2008.

[3]殷永泉,鄧興彥,劉瑞輝,等.石油化工廢水處理技術研究進展[J].環境污染與防治,2006(5):356-360.

[4]袁惠民.含油廢水處理方法[J].化工環保,1998(3):3-5.

作者：吳玉坤 單位：長江大學電子信息學院