PLC技術(shù)用于污水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)

劉曉斌 青島理工大學(xué)

我國(guó)石油行業(yè)在油井污水站自動(dòng)控制中選用了目前較先進(jìn)的PLC控制技術(shù)。這種技術(shù)的研發(fā)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，不僅設(shè)定的程序增多，而且該系統(tǒng)還可以對(duì)設(shè)備接口配置模型，動(dòng)力控制以及傳感控制功能都能夠自動(dòng)配置相應(yīng)的參數(shù)[1]。

1 控制系統(tǒng)中的PLC設(shè)施

1.1 PLC的硬件設(shè)施

（1）污水泵站的設(shè)備。污水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)若應(yīng)用PLC技術(shù)，其設(shè)備需要有嚴(yán)格的控制。需要2臺(tái)格柵前進(jìn)水啟閉機(jī)、2臺(tái)格柵后出水啟閉機(jī)，2臺(tái)格柵，1臺(tái)皮帶機(jī)，6臺(tái)潛水泵，6個(gè)出水閥門，1個(gè)出水管道壓力計(jì)，1個(gè)出水流量計(jì)，1個(gè)液位計(jì)，2個(gè)液位差計(jì)。

（2）模塊的選擇。模塊的選擇主要包括對(duì)模擬量模塊、開關(guān)量模塊、CPU模塊以及框架和電源模塊進(jìn)行選擇。其中模擬量模塊可以根據(jù)污水泵站的5個(gè)模擬量的輸入情況，選擇2個(gè)4通道的差分輸入模塊；開關(guān)模塊可以根據(jù)受到控制的設(shè)備數(shù)量和開關(guān)的輸出信號(hào)的狀況，選擇11個(gè)輸入模塊和3個(gè)輸出模塊；CPU模塊可以根據(jù)輸入和輸出模塊的總數(shù)情況，也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)的要求，選擇CPU-16 KMem，OS501 SeriesC處理器模塊；框架和電源模塊可以根據(jù)模塊的類型和數(shù)目，選擇2個(gè)10槽的框架和2個(gè)電源模塊。

1.2 PLC的軟件設(shè)施

（1） 格柵池設(shè)備的控制要求。若格柵在沒有發(fā)生故障的情況下，則與之對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出水啟閉機(jī)就是開啟的，在進(jìn)、出水啟閉機(jī)沒有關(guān)到位時(shí)，格柵就會(huì)周期性運(yùn)行，也可以隨著液位差啟停工作[2]。這個(gè)期間，周期性運(yùn)行的停止時(shí)間和液位差值，是根據(jù)運(yùn)行模式?jīng)Q定的，一般包括晴天、雨天和暴雨天3種模式。

（2） 集水池設(shè)備的控制要求。泵的啟動(dòng)或停止是通過(guò)水位的高低來(lái)控制的，通過(guò)上位監(jiān)控器來(lái)設(shè)置晴天、雨天、暴雨天3種運(yùn)行模式下的水位數(shù)值。在晴天的運(yùn)行模式中還可以設(shè)置白天和夜間2種模式，且這2種模式能夠自動(dòng)切換；可以將雨天和暴雨天的運(yùn)行模式設(shè)置為人為遙控。

（3）PLC的控制程序組成。PLC的自動(dòng)控制程序根據(jù)控制要求可以分為主程序、格柵池和集水池的子程序3部分，以保證PLC的硬件設(shè)施能夠正常運(yùn)行。

2 接口配置模型及原理

2.1 接口配置模型

PLC自動(dòng)控制模塊把多個(gè)結(jié)構(gòu)有效地整合到一個(gè)系統(tǒng)模式中，使之能夠?qū)崿F(xiàn)彼此之間信息的傳遞[3]。

2.2 電氣配置原理

在電氣自動(dòng)控制過(guò)程中，不僅需要大型操作設(shè)備的配合，還需使用微觀電子計(jì)算機(jī)。在操作設(shè)備時(shí)程序的排序方式，機(jī)械設(shè)施內(nèi)部的流程控制以及動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況都由計(jì)算機(jī)控制，做到了機(jī)與電的有效結(jié)合。

2.3 動(dòng)力控制系統(tǒng)原理

PLC動(dòng)力控制系統(tǒng)在運(yùn)行程序時(shí)保持電流與電壓的控制比例不變，主要是因?yàn)樵陔娏﹄娫纯刂葡到y(tǒng)中含有電磁繼電器。利用初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間的動(dòng)力感應(yīng)保持兩者之間的比例關(guān)系，滿足關(guān)系表達(dá)式n1∶n2=U1∶U2，當(dāng)電源輸出部分經(jīng)過(guò)電磁繼電器相互感應(yīng)時(shí)，便能調(diào)整備用電源的輸出量[4]。假設(shè)在污水泵處理系統(tǒng)中，運(yùn)用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)調(diào)整整個(gè)輸出部分，污水處理泵的額定電壓為220 V，通過(guò)磁感線圈匝數(shù)的調(diào)控比例，初級(jí)線圈匝數(shù)為40，次級(jí)線圈匝數(shù)為25。通過(guò)兩者之間的線性關(guān)系，使得輸出部分的電壓為138 V。此外磁感線圈還能產(chǎn)生磁感線，保證整個(gè)傳輸電路電能的有效傳輸；原有PLC電力控制系統(tǒng)中，沒有進(jìn)行磁感線圈的外圍干擾，使得主干線路損失的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額定預(yù)計(jì)的損失。原有主干線路中每千米損耗的電能為12 kW，經(jīng)過(guò)磁感線圈的輸出調(diào)整，能把傳輸主干線路中的電能損耗降低至7 kW，這樣能保證電能傳輸?shù)挠行е怠?/p>

3 應(yīng)用實(shí)例

以我國(guó)華北油田生產(chǎn)為例，該油田自動(dòng)化技術(shù)控制模式主要包括模擬自動(dòng)控制與數(shù)字自動(dòng)控制，其中數(shù)字自動(dòng)控制方式的穩(wěn)定性比模擬自動(dòng)控制方式的穩(wěn)定性高。PLC外部控制電路在結(jié)構(gòu)組成上屬于PLC控制電路系統(tǒng)中的硬件設(shè)施，但在控制電路圖中，輸入元件和輸出元件沒有固定在電路圖中。主要是因?yàn)樵诮?jīng)過(guò)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)位置調(diào)整后，電路圖能夠適合于多種改造設(shè)備中。繼電器能適于遠(yuǎn)距離信號(hào)的傳輸，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)切斷和連接控制電路。繼電器可對(duì)電流信號(hào)參數(shù)以及電壓參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在繼電器輸入端部分輸入?yún)?shù)量，這種控制系統(tǒng)在污水泵站系統(tǒng)中具有一定的層次性，能夠有效對(duì)污水中各種成分進(jìn)行控制。

此外，在大慶油田某污水處理廠中，將控制系統(tǒng)分成現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制與自動(dòng)控制兩種，其系統(tǒng)程序分為如下幾部分：①控制系統(tǒng)檢測(cè)模塊，主要對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)與處理，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)；②PLC系統(tǒng)格柵除污機(jī)的運(yùn)行處理模塊；③油田污水泵處理模塊；④計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊與人機(jī)操作界面處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與處理功能；⑤打印機(jī)的相關(guān)處理系統(tǒng)，例如對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的打印、記錄與對(duì)比。

其中自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用西門子S7—300 PLC系統(tǒng)完成污水處理過(guò)程，管理人員在進(jìn)行簡(jiǎn)單操作后即可完成整個(gè)污水站的污水處理，并且總投資僅為5 000萬(wàn)元，可謂達(dá)到了事半功倍的效果，創(chuàng)造了較高的社會(huì)效益。

[1]莊麗娟，吳麗云．基于PLC控制的廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2005（1）：24-25.

[2]浙江大學(xué)羅克韋爾自動(dòng)化控制技術(shù)中心．PLC系統(tǒng)[M]．杭州：浙江大學(xué)出版社，2000.

[3]賁艷波．PLC在油水分離控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2013，32（5）：78-79.

[4]盧建剛，黃振華．PLC在半山電廠廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2007（1）：101-102.