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[摘 要]：本文敘述了采用SIMATICS7-300可編程控制器實現(xiàn)煉油污水處理工藝設備的控制，具體介紹了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、任務分配和實現(xiàn)、控制方式及程序設計思路。
關鍵詞；煉油污水；PLC BAF
煉油廠污水是一種難處理的工業(yè)廢水，它是原油煉制、加工及油品水洗等過程中產(chǎn)生的一類廢水，污染物的種類多、濃度高，對環(huán)境的危害大。陜西某煉油廠為了改善煉油廢水對環(huán)境的污染，對現(xiàn)有曝氣生物濾池污水處理裝置進行改造，在原有A／O曝氣池的基礎上增加BAF曝氣裝置。改造后的裝置對SS、COD、BOD和氨氮具有很好的處理功能。BAF裝置運行管理采用PLC程序控制系統(tǒng)，經(jīng)實際系統(tǒng)調(diào)整、測試，已達到預期的效果。
1 污水處理工藝
污水一級處理采用原有的調(diào)節(jié)均質(zhì)、隔油和氣浮等除油工藝，去除大部分油類和懸浮物。二級處理采用泥法和膜法相結(jié)合的兩段生化工藝，其中一段采用活性污泥法A／O曝氣池，用于去除大部分的有機負荷；二段采用兩級BAF裝置，進一步去除有機物，并對懸浮物進行截留，確保處理后排水水質(zhì)完全達標。在污水處理中，曝氣池是全廠的核心建筑，污水在池中通過生物的凈化作用達到去除有機物的目的。因微生物為好氧菌，如供氧量過少會造成細菌大量死去，不利于微生物的生長，會直接影響處理效果。但供氧量過大，不僅使能耗提高，增大運行費用，而且會形成小而重的易沉淀絮體使水質(zhì)惡化。因此控制水中的含氧量是污水處理過程控制中關鍵的任務之一。
2 BAF工藝控制原理
濾池狀態(tài)分為正常工作、反沖洗、備用及故障4種狀態(tài)，濾池上的在線儀表主要是溶解氧檢測儀表、流量計和濾池壓差檢測儀表。
下面對BAF工藝正常工作控制和反沖洗狀態(tài)作簡要介紹。
（1）正常工作控制
濾池在正常工作狀態(tài)時，曝氣閥及進水調(diào)節(jié)閥開啟，其他閥門關閉，曝氣風機變頻運行，整個濾池自動運行，核心控制參數(shù)為：濾速、出水溶解氧水平及運行周期控制。溶解氧的控制要求是通過計算機給這些DO儀設定一個測量范圍，當進水量達到平衡，池中懸浮物濃度合乎標準時，一旦水中含氧突破這個范圍，PLC就會收到現(xiàn)場溶解氧儀反饋回來的報警信號。PLC便根據(jù)現(xiàn)場測量值來調(diào)節(jié)鼓風量。鼓風機的開啟臺數(shù)由PLC根據(jù)溶解氧的平均值來控制。PLC每隔5min判斷一次曝氣池內(nèi)的溶解氧值，溶解氧低于設定下限時調(diào)頻風機增加風量。若調(diào)頻風機已達到******值，則增開一臺普通風機，溶解氧高于設定上限時調(diào)頻風機減少風量；若調(diào)頻風機已達最小值，則關閉一臺普通風機。
（2）反沖洗控制
當濾池具備反沖洗條件時要停止正常工作，需排隊才能進入反沖洗工況。反沖洗程序為3段式?jīng)_洗：氣沖洗、氣水混合沖洗、水沖洗。
3 控制方式、主要測控點和控制設備
3.1 根據(jù)BAF工藝要求，工藝設備的控制設有3種方式：
（1）現(xiàn)場操作箱硬手動控制；
（2）PLC聯(lián)鎖自動控制；
（3）中控室電腦鍵盤遠程控制（軟手動）。
這3種控制方式相互補充。正常運行時是以PLC的自動控制為主，必要時以硬手動或軟手動控制作為補充。
3.2 主要測控點
（1）數(shù)字I/O：曝氣機工作狀態(tài)；進出水閥、曝氣閥、排氣閥的開閉狀態(tài)，反沖洗水泵、反沖洗鼓風機啟停狀態(tài)；反沖洗水閥、氣閥開閉狀態(tài)。
（2）模擬I/O：進水水量、進水閥閥位；濾床水頭損失、液位；溶解氧、曝氣量。
3.3 主要控制設備
（1）BAF曝氣供風系統(tǒng)，污水處理廠生化系統(tǒng)有6臺1）90-1.7離心鼓風機，其中一臺用變頻風機。
（2）空氣反沖洗供風設備，選用JAS-200型羅茨鼓風機作為濾池反沖洗供風設備。
（3）反沖洗水泵，選用3臺CZ200-315型離心水泵。
（4）安裝在曝氣池不同地點的6個溶解氧測試儀。
4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)主要包括上位機和下位機的硬件，共同組成一個控制系統(tǒng)。圖3為控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖。上位機為現(xiàn)有工業(yè)計算機，采用西門子公司CP5611網(wǎng)卡通過PROFIBUS-S7數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡完成計算機與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，上位機的畫面組態(tài)軟件采用西門子公司的WINCC完成用戶二次軟件的開發(fā)。
西門子S7系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心，可以提供強大的控制、網(wǎng)絡和組態(tài)功能，以及良好的擴展能力和通訊能力，容易實現(xiàn)分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該PLC主要包括以下幾部分：
（1）CPU模塊：采用西門子S7-315-2DP，主要用來執(zhí)行用戶程序，控制I/O模塊與上位機通訊。
（2）電源模塊：PS307，通過背板總線向模塊供電。
（3）I/0模塊：包括SM321數(shù)字量輸入模塊、SM322數(shù)字量輸出模塊、SM331模擬量輸入模塊和SM332模擬量輸出模塊，用于現(xiàn)場控制設備的接口。
現(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，由對應的傳感器或變送器檢測出來并轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA電流信號，然后送到相應PLC內(nèi)，PLC通過各種模塊接口采樣信號；控制信號由PLC輸出后以4～20mA電流形式送到執(zhí)行機構(gòu)，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。
5 控制系統(tǒng)功能及編程實現(xiàn)
5.1 控制系統(tǒng)功能
根據(jù)對現(xiàn)場污水處理工藝的了解和操作人員的具體要求和建議，把系統(tǒng)的控制功能實現(xiàn)分為上位機實現(xiàn)和下位機實現(xiàn)。上位機主要功能為顯示工藝流程、電機及電磁閥等電器的運行狀態(tài)及控制、故障報警、故障發(fā)生的部位及處理方法；顯示液位、溶解氧等模擬量，設計保存期為一年，供隨時打印。下位機主要用于實現(xiàn)工藝邏輯控制及控制算法；并可直接控制電機，風機及各類閥門。同時通過A/D轉(zhuǎn)換器采集現(xiàn)場控制單元的輸入信號?，F(xiàn)場控制單元為控制儀表，主要完成從現(xiàn)場采集模擬信號，變送為標準信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，進行數(shù)字PID調(diào)節(jié)運算后，控制各種執(zhí)行機構(gòu)。
5.2 控制系統(tǒng)編程
根據(jù)工藝要求所確定的聯(lián)鎖步驟對現(xiàn)場電動閥門、曝氣機、鼓風機和水泵等電氣設備開關的控制采用順序控制、時限控制和條件控制相結(jié)合的原則進行設計?？刂品绞铰?lián)鎖自動或手動可以相互切換，在手動條件下，自動聯(lián)鎖控制不能完成，只有等切換到自動狀態(tài)時，所屬的聯(lián)鎖程序才能夠自動執(zhí)行。
6 結(jié)束語
系統(tǒng)以PLC為核心，利用PLC強大的過程檢測與控制功能，實現(xiàn)了煉油污水處理BAF裝置中溶解氧、液位等參數(shù)的在線監(jiān)測與自動控制。本系統(tǒng)投入運行以來，運行穩(wěn)定可靠，處理后的污水達到了國家污水排放標準，完全達到了最初設計的功能，實現(xiàn)了對BAF污水處理的集散控制和管理。 |
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