一種基于PLC控制器的污水處理設備控制方法與實現

王春光 齊偉 姜興偉

摘 要：本文針對現有的壓濾機控制系統存在的問題及用戶的新要求，利用西門子S7-200PLC作為控制器，對該系統進行了一種全新的設計，最終各項指標均達到用戶要求。

關鍵詞：污水處理；控制系統；軟件

勝利油田進入中后開發期，高含水是主要問題，油井采出液含水高達95%以上，經聯合站處理后產生大量含極少量原油的污水，并含泥沙等固體廢物。直接外排無法滿足環保要求，須經多級處理達標方能外排或注水回灌。壓濾機是污水處理廠主要設備之一，擔負著除去污水中固體或懸浮顆粒物的作用，它的工作狀態好壞直接影響后續污水處理效果。勝利油田孤東污水處理廠Ⅱ#壓濾機經多年運行和多次改造，PLC輸出接點及部分元器件老化，不能正常工作，嚴重影響采油污水處理效果和污水處理廠正常運行，而外排及回注水質和處理工藝要求不斷提高。因此要改造其控制系統滿足當前功能需求，根據設備運行單位要求，需要兼備手動和自動兩種工作模式。

1 系統硬件組成

本壓濾機系統由主機部分、液壓部件、電氣元件兩大部分構成。

1.1 主機部分

主機由兩根橫梁，其兩端分別固定在止推板和液壓缸座的兩側面，構成機架。在左右橫梁上垂直擱置、依次排列著由濾框、濾板、濾布組成的若干濾室；并可沿橫梁作水平方向移動。壓緊板與活塞桿鉸接。由液壓缸活塞驅使前后移動，壓緊濾框、濾板，達到液壓工作壓力后，旋轉鎖緊螺母鎖緊保壓。再關閉電機，即可進料過濾。

1.2 液壓部件

液壓部件由液壓輔件（油箱和濾油器）、液壓泵、電磁換向閥、液壓缸和管路等組成。液壓用油需經20μm孔徑過濾，加油至液面線上限，電動機驅動油泵，壓力油經電磁閥進入液壓缸；推動活塞完成濾室的壓緊和放松工序。

1.3 電氣元件

電氣元件單獨安裝在控制柜內。主要由PLC模塊S7200-CPU224、接觸器、中間繼電器等。S7200-CPU224作為控制單元，它的用戶程序中包括了位邏輯、計數器、定時器、復雜數學運算以及與其它智能模塊通訊等指令內容，從而使它能夠監視輸入狀態，改變輸出狀態以達到控制目的。本項目中由它來完成對相應電磁換向閥和接觸器的邏輯控制，從而完成實現系統的可靠運行。為了保證PLC輸出接點的控制效果，采用繼電器輸出控制中間繼電器來來實現對兩組電磁換向閥的控制，而不采用PLC輸出直接控制電磁換向閥和接觸器的目的是避免由于輸出接點的頻繁切換導致輸出接點燒毀而引起系統癱瘓，從而使系統的可靠性更高。

2 系統工作原理

按照現場的實際情況和運行要求，無論是在手動或自動運行狀態，系統工作的第一步均是首先給系統加壓，使壓緊活塞內部的壓力保持在15MPa～20MPa之間，才能使板框處于壓緊狀態，從而保證進水壓力達到0.8MPa時，板框間無液體溢出，保證過濾的效果。當按下壓緊按鈕時，液壓油泵開始工作，同時壓緊電磁換向閥打開，液壓油進入活塞，推動活塞前進，使板框壓緊。當電接點壓力表壓力達到上限（20MPa）時，斷開電磁閥，液壓泵停止工作，系統進入保壓狀態。這時，可以啟動進液電機，開始上料工作。若由于漏失等原因導致壓力降低到15MPa以下時，液壓油泵重新自啟動，使系統壓力保持在15MPa～20MPa之間。當經過大概8個小時之后，進液口壓力達到0.8MPa，說明上料過程已經完成。這時，板框之間已經充滿了濾渣，下一步進行泄壓操作。斷開上料電機，按下松開按鈕，液壓泵啟動，松開電磁換向閥打開，活塞后退，后退到指定位置后，松開電磁換向閥斷開，液壓泵斷開，接下來進行卸渣操作。若工作在手動狀態，按下拉板前進或后退按鈕即可進行卸渣操作。若工作在自動狀態，則按下啟動按鈕后拉板自動進行前進和后退操作。卸渣完成后，拉板自動返回到原點，一個循環結束。

3 系統軟件流程

系統軟件采用西門子Step7-MicroWin SP3進行編寫，按照實際的控制要求，設備要具有手動和自動兩種工作模式。其軟件流程如下。

綜上所述，本項目從軟件方面入手，代替傳統的硬件觸發方法實現了裝置的自動運行，取得了依靠硬件所不可比擬的效果，同時節約成本，可靠性大大提高。本項目充分利用S7-200緊湊的結構、靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應用的理想解決方案，巧妙的解決了污水處理廠壓濾機的控制問題。這對于提高污水處理水平、降低油田污水回注成本和環境保護具有重要的意義，具有重要的社會和經濟效益。

作者簡介：

王春光（1979- ），男，漢族，山東菏澤人，高級工程師，主要從事計量科研及管理工作。