基于PLC的油田污水處理系統

謝蘭清 王彩霞 廣西工業職業技術學院

基于PLC的油田污水處理系統

謝蘭清 王彩霞 廣西工業職業技術學院

油田污水處理控制系統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備運行的控制功能；對相關環節的監測功能；給出決策和對系統參數進行設置的功能。可編程控制器（PLC）具有應用靈活和可靠性高的特點，當PLC集散控制層發出相應的命令，與之相關的設備會啟停并按照設置的命令來運行，使油田污水能夠按照工藝流程中規定的流程進行處理。系統的軟件主要包括PLC的控制軟件以及上位機的組態軟件。

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已有多年的研究歷史，但在我國很多地方仍然只是部分環節實現了自動化。隨著可編程控制器（PLC）的出現，這一現狀得到了改善。可編程控制器具有應用靈活和可靠性高的特點，只需對相應的程序進行修改即可實現不同的控制功能，因此在油田污水處理中得到了廣泛的應用。

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進行化學反應的物質，使這些雜質變成能夠沉降到水底的物質，也可以使用過濾等物理方法濾除雜質。

在污水處理過程中，首先將油田污水存放在調儲罐中，通過提升泵的作用，污水進入到反應罐。反應罐中含有大量的化學藥劑，污水進入反應罐會與這些化學藥劑發生化學反應而生成能夠沉降于水底的物質。在一次沉降罐中，污水實現初步沉降，并發生油水分離。第二步，污水進入到二次沉降罐中，進一步實現雜質的沉降，同時降低污水中的含油量。在升壓緩沖罐中設有收油和排泥裝置，具有調節污水的功能，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過濾掉。外輸反沖洗罐中可以儲存一部分經過過濾后達到排放要求的清水，在必要的時候將其輸送到注水站中；同時，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 系統功能分析

油田污水處理控制系統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備運行的控制功能。前者主要是實現污水的流動順序按照要求進行，依據事先設定的順序，通過控制系統對污水的流向進行控制，使其按照一定的順序經過各個處理環節，使得處理過程完整。后者主要是實現對處理環節中的各個設備的運行進行控制，包括對過濾罐的控制，電機和壓力泵的控制等，保證所有設備能夠自動運轉。②對相關環節的監測功能。在污水處理系統運作過程中，需要對各個環節進行實時監測，以防某一環節出現故障而對整個系統造成影響。③給出決策和對系統參數進行設置的功能。污水處理控制系統能夠將系統運行的全部信息記錄下來，在必要的場合，根據之前的運行信息對當前的動作給予決策。另外，該系統還可便捷地對各類運行參數進行設置，如過濾周期和加藥量等。

3 系統結構

整個污水處理控制系統按照一定的層次進行設計。

電氣設備執行層中包含各種電氣設備，如閥門、水泵以及各類儀表等。這些設備主要受到PLC集散控制層的控制，當PLC集散控制層發出相應的命令，與之相關的設備會啟停并按照設置的命令來運行，使油田污水能夠按照工藝流程中規定的流程進行處理。在電氣設備的執行層中，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的數據進行采集，包括當前的環境信息數據、設備的運行狀態數據等。當用戶給予某一控制要求后，PLC集散控制層能夠將該控制要求轉換成相應的控制信號，控制相應的設備發生動作。最上層是工控機監控管理層，通過這層用戶可以查看整個控制系統的運行狀態信息，也可以交互方式對系統運行狀態進行控制。

PLC控制系統包括可編程控制器以及與之相關的各類模塊。圖1給出了PLC控制系統示意圖。作為一種專門應用于工業環境下的電子裝置，PLC的邏輯操作功能十分強大。其在開關量控制中使用十分方便，如果系統中配置有相關的模擬量模塊，PLC也可以通過數模轉換后對模擬量進行控制。工業計算機是上位機的主體部分，它能夠對整個污水處理控制系統進行管理和監控，但它不實現過程控制的功能。其完成的控制和管理任務級別更高，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控制系統示意圖

4 系統軟件設計

控制系統的軟件主要包括PLC的控制軟件設計以及上位機的組態軟件設計。就前者而言，它利用的是STEP7 V5.3軟件進行開發設計的，軟件完成的主要功能是設計開發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，采用的是模塊化結構進行編程，按照油田污水處理系統中需要控制的設備的相應狀態，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據。可以通過對組織模塊的調用使用這些功能。

該控制系統中上位機組態軟件采用的是WinCC 6.0軟件，它可以監控整個污水處理中所有設備的運行情況，對運行參數進行實時監測。該軟件采用的數據庫為Microsoft SQL Server 2000，該數據庫可以對生產數據進行歸檔處理。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；對污水處理的動態過程給予顯示；合理設置工藝流程中的各類參數；將運行參數存儲在計算機中。在監控系統提供的各類實時畫面中，工藝畫面可以實現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