油田污水深度处理站反冲洗自动控制技术
日期：2008-10-28 23:24:10 来源：本站整理
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大庆油田部分污水站反冲洗装置处于手动状态，存在不能精确定时反冲洗、反冲流量控制不精确、滤料还没冲起就搅拌等一系列的问题，对生产造成不利的影响。本文将PLC技术应用于反冲洗控制，通过硬件系统改进，实现变频控制自动反冲洗，提高系统反冲洗的质量，减轻工人劳动强度。
主题词：
自控 污水站 反冲洗
1 引言
含油污水处理是关系到水质是否合格的关键步骤，而滤罐的反冲洗时间和效果则直接影响污水的过滤质量，所以定时反冲洗，按要求控制反冲洗的流量曲线是控制水质质量的核心。大庆油田部分污水站（聚杏Ⅱ-Ⅰ站）反冲洗装置处于手动状态，变频器与电动阀不能精确配合，变频器无法投用，反冲洗流量无法控制，出现冲走滤料等问题，影响反冲洗效果。整个反冲洗过程水泵始终处于满负荷运转，造成大量电能损失，而且每个罐都需单独操作，操作工人劳动强度很大。这些都对生产造成不利的影响。因此对现有手动反冲洗装置的自动化改造，不仅可减轻操作工人的劳动强度，更重要的是能提高系统反冲洗的质量，使设备达到最佳的运行效果。
2 工艺过程
污水深度处理正常过滤的过程是：由一段、二段脱出水经缓冲罐、升压泵进入一次滤罐、二次滤罐后到注入站注入地下。滤罐内滤料经过一段时间后，会沉积一些污油，需要定期进行反冲洗，在实际生产中，手动控制反冲洗操作步骤如下：
1） 关闭待反冲洗罐过滤进、出口阀门，开启反冲洗进、出口阀门；
2） 开启反冲洗水泵，按阶梯形提高水泵电机频率直到达到50Hz；
3） 开启反冲洗滤罐搅拌器，搅拌10分钟后关闭搅拌器。
4） 上一台反冲洗15分钟后，关闭下一台待反冲洗罐过滤进、出口阀门，开启反冲洗进、出口阀门；
5） 重复以上步骤，直至全部过滤罐反冲洗完毕。
3 系统组成
反冲洗自动控制系统的输入信号主要有上位机操作台和触摸屏的控制输入及阀位开关反馈信号。共有开关量（DI）120个输入点。PLC系统的控制负载主要包括调节阀控制、搅拌器启/停、变频器控制负载。共有开关量（DO）270个输出点，模拟量（AO）2个输出点。
通过确定控制范围、输入、输出点后，对系统进行配置选型。采用工业控制计算机为上位机，可编程控制器（PLC）S7-300 为核心控制器的主站，TP 270—10触摸屏作为现场显示控制单元，S7-200作为基本控制级，模块采用EM223（16/16）继电器型和EM235（AI4/AQ1）模拟量模块，通信模块采用MPI通信处理器。
反冲洗自动控制系统结构图如图1所示。
图1 控制系统结构示意图
4 系统软件设计
系统软件主要包括：工控组态软件、PLC S7-200软件、PLC S7-300软件、触摸屏软件。
工控组态软件采用力控组态软件，应用Draw人机界面组态工具，由View图形界面运行系统运行组态程序，通过SCOMClient/SCOMSever串行通信程序实现一对二台PLC S7-300的通信。
PLC S7-200软件应用梯形图编程控制每个滤罐的过滤进、出口阀门和反冲洗进、出口阀门。
PLC S7-300软件主要是将PLC S7-200连接起来，控制PLC S7-200完成定时反冲洗，采集各阀位反馈信号，编制变频器控制程序。
触摸屏软件编制实时显示、控制现场工艺流程图。
5 系统功能
结合工艺的实际状况及系统的硬件配置，将该系统分为3个控制级，即远程控制级（工控机）、现场控制级和基本控制级。
第一级为远程控制级，由1台工业控制计算机组成，设置在值班室，主要功能为显示工艺流程，值班室人员实时监控现场过滤流程和反冲洗流程的工作状态，程序设定定时进行反冲洗，记录反冲洗流量和时间。
第二级为现场控制级，由SIEMENS S7-300 PLC和TP 270—10触摸屏组成，将S7-300 PLC作为主站将其余的S7-200 PLC通过MPI网连接起来，协调系统的统一操作，控制各分站的运行，完成自动定时反冲洗的控制算法。通过TP 270—10触摸屏形成人机界面，完成人机交互，现场显示工艺流程和调节阀工作状态。将变频器的控制信号引入控制主站，由主站完成反冲流量的控制。充分利用控制主站的强大运算功能，通过控制变频器的频率，完成反冲过程流量的控制。
第三级为基本控制级，由SIEMENS S7-200 PLC、输入、输出模块、调节阀、中间继电器及按钮等组成。具有手动/自动两种控制方式，在手动状态通过控制柜或操作柱按钮实现对阀的操作；在自动状态通过输出模块完成对阀的控制。输入模块主要采集调节阀状态反馈信号，传输到触摸屏和工控机进行显示。
6 结束语
本装置采用多CPU分散控制通过工业控制网相连接，局部故障时不影响其他罐的运行。系统改造后是使整个反冲装置成为一个统一的有机整体，反冲过程连贯，流量曲线控制准确，可以按要求完成定时反冲洗、单罐反冲洗、一次反冲洗、二次反冲洗等多种自动反冲洗过程，从而大大地降低了操作工人的劳动强度，提高了反冲洗质量。
参考文献
1、 SIEMENS S7-200可编程序控制器产品目录 2002.5
2、 SIEMENS S7-300可编程序控制器产品目录 2002.7
3、 力控用户手册
作者简介：
陈立 （1971—）工程师，硕士学位，主要从事计量仪表、自动化仪表管理以及油田集输自动控制系统的开发和维护。
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大庆油田部分污水站反冲洗装置处于手动状态，存在不能精确定时反冲洗、反冲流量控制不精确、滤料还没冲起就搅拌等一系列的问题，对生产造成不利的影响。本文将PLC技术应用于反冲洗控制，通过硬件系统改进，实现变频控制自动反冲洗，提高系统反冲洗的质量，减轻工人劳动强度。
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1 引言
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含油污水处理是关系到水质是否合格的关键步骤，而滤罐的反冲洗时间和效果则直接影响污水的过滤质量，所以定时反冲洗，按要求控制反冲洗的流量曲线是控制水质质量的核心。大庆油田部分污水站（聚杏Ⅱ-Ⅰ站）反冲洗装置处于手动状态，变频器与电动阀不能精确配合，变频器无法投用，反冲洗流量无法控制，出现冲走滤料等问题，影响反冲洗效果。整个反冲洗过程水泵始终处于满负荷运转，造成大量电能损失，而且每个罐都需单独操作，操作工人劳动强度很大。这些都对生产造成不利的影响。因此对现有手动反冲洗装置的自动化改造，不仅可减轻操作工人的劳动强度，更重要的是能提高系统反冲洗的质量，使设备达到最佳的运行效果。
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2 工艺过程
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污水深度处理正常过滤的过程是：由一段、二段脱出水经缓冲罐、升压泵进入一次滤罐、二次滤罐后到注入站注入地下。滤罐内滤料经过一段时间后，会沉积一些污油，需要定期进行反冲洗，在实际生产中，手动控制反冲洗操作步骤如下：
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1） 关闭待反冲洗罐过滤进、出口阀门，开启反冲洗进、出口阀门；
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2） 开启反冲洗水泵，按阶梯形提高水泵电机频率直到达到50Hz；
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3） 开启反冲洗滤罐搅拌器，搅拌10分钟后关闭搅拌器。
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4） 上一台反冲洗15分钟后，关闭下一台待反冲洗罐过滤进、出口阀门，开启反冲洗进、出口阀门；
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5） 重复以上步骤，直至全部过滤罐反冲洗完毕。
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3 系统组成
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反冲洗自动控制系统的输入信号主要有上位机操作台和触摸屏的控制输入及阀位开关反馈信号。共有开关量（DI）120个输入点。PLC系统的控制负载主要包括调节阀控制、搅拌器启/停、变频器控制负载。共有开关量（DO）270个输出点，模拟量（AO）2个输出点。
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通过确定控制范围、输入、输出点后，对系统进行配置选型。采用工业控制计算机为上位机，可编程控制器（PLC）S7-300 为核心控制器的主站，TP 270—10触摸屏作为现场显示控制单元，S7-200作为基本控制级，模块采用EM223（16/16）继电器型和EM235（AI4/AQ1）模拟量模块，通信模块采用MPI通信处理器。
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反冲洗自动控制系统结构图如图1所示。
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图1 控制系统结构示意图
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4 系统软件设计
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系统软件主要包括：工控组态软件、PLC S7-200软件、PLC S7-300软件、触摸屏软件。
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工控组态软件采用力控组态软件，应用Draw人机界面组态工具，由View图形界面运行系统运行组态程序，通过SCOMClient/SCOMSever串行通信程序实现一对二台PLC S7-300的通信。
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触摸屏软件编制实时显示、控制现场工艺流程图。
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5 系统功能
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结合工艺的实际状况及系统的硬件配置，将该系统分为3个控制级，即远程控制级（工控机）、现场控制级和基本控制级。
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第一级为远程控制级，由1台工业控制计算机组成，设置在值班室，主要功能为显示工艺流程，值班室人员实时监控现场过滤流程和反冲洗流程的工作状态，程序设定定时进行反冲洗，记录反冲洗流量和时间。
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第二级为现场控制级，由SIEMENS S7-300 PLC和TP 270—10触摸屏组成，将S7-300 PLC作为主站将其余的S7-200 PLC通过MPI网连接起来，协调系统的统一操作，控制各分站的运行，完成自动定时反冲洗的控制算法。通过TP 270—10触摸屏形成人机界面，完成人机交互，现场显示工艺流程和调节阀工作状态。将变频器的控制信号引入控制主站，由主站完成反冲流量的控制。充分利用控制主站的强大运算功能，通过控制变频器的频率，完成反冲过程流量的控制。
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第三级为基本控制级，由SIEMENS S7-200 PLC、输入、输出模块、调节阀、中间继电器及按钮等组成。具有手动/自动两种控制方式，在手动状态通过控制柜或操作柱按钮实现对阀的操作；在自动状态通过输出模块完成对阀的控制。输入模块主要采集调节阀状态反馈信号，传输到触摸屏和工控机进行显示。
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6 结束语
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本装置采用多CPU分散控制通过工业控制网相连接，局部故障时不影响其他罐的运行。系统改造后是使整个反冲装置成为一个统一的有机整体，反冲过程连贯，流量曲线控制准确，可以按要求完成定时反冲洗、单罐反冲洗、一次反冲洗、二次反冲洗等多种自动反冲洗过程，从而大大地降低了操作工人的劳动强度，提高了反冲洗质量。
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参考文献
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
1、 SIEMENS S7-200可编程序控制器产品目录 2002.5
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2、 SIEMENS S7-300可编程序控制器产品目录 2002.7
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3、 力控用户手册
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作者简介：
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陈立 （1971—）工程师，硕士学位，主要从事计量仪表、自动化仪表管理以及油田集输自动控制系统的开发和维护。
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