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基于PLC控制油田污水处理系统的设计

时间:2012-3-28 23:08:49

 

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1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

 

   我国污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的,经过几十年的发展已经初局规模,但是,与国外同期的油田污水处理相比较,效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。

随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加,我国的油田污水处理必然是向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前,PLC在其稳定性和高度自动化程度的不断加强,使PLC成为在油田污水处理自动化方面的首选。

由于油田污水是生产所排放的,所以污水中含有大量的有机物,这种污水成为生化污水。生化污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和分解作用来降解污水中有机物的含量,成为可以沉淀的污泥,从而使净化水质达到规定的排放标准

油田污水依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下:

(1)           进水泵房用于将污水提升,粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物,进而保护进水泵。

(2)           沉砂池的细格栅用于除去污水中的小块杂物,吸砂桥除砂和漂浮油脂,还有砂处理和浮砂油脂处理设备。

(3)           初沉池初步除掉水中污泥,用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房。

(4)           曝气池(氧化沟)为生化处理区,通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧,培养微生物大量繁殖,形成更多活性污泥。

(5)           二沉池彻底清污水,使泥水分离。

污水中含有的污泥主要经过二沉池、回流污泥泵房、初沉池、初沉泵房、浓缩池、消化池和脱水机房的处理。二沉池沉淀污水形成大量污泥,满足回流污泥需要后,剩余污泥进入浓缩池,经浓缩处理的污泥经过浓缩泵房去消化池。消化池为生化活性污泥处理区,经中温消化处理,使污泥中有机氧化分解,得到无二次污染的稳定污泥并产生大量沼气。稳定污泥在脱水机房加高分子聚合物絮泥剂,脱水压成泥饼。

粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由PLC和上位机实现,它包括微机手动和微机自动,而微机自动控制方式为:(1)水位差控制方式,通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度,并传输到PLC控制器,进行分析计算。当液位差超过预设的数值,控制格栅运行;(2)时间设置控制方式,在上位机的INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间,经PLC控制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行控制。

提升泵运行控制以远程控制为主。油田污水处理有两个提升泵站,每个泵站设有一个PLC工作站与内主站联络它们距油田污水处理约45公里。为实现进水提升泵的远程自动控制的安全、可靠,水位测量和提升泵的流量测量和数据分析、传输、控制等设备是不可缺少的,所以在进水泵房处安装了液位计,测量泵井的水位;每台提升泵的提升管安装电磁流量计,测量每台提升泵工作的瞬时流量;两个PLC工作站分别担负各泵站的设备控制、设备保护、数据采样、远程数据传输等作用。根据测量值对应控制程序,自动控制提升泵的运行组合。这样可以根据外来水量准确及时地调整泵运行数量,减少设备疲劳;同时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。

砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制,而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。
   
生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过PLC控制。

   
生化池好氧区的DO计、MLSS计、ORP计、空气调节阀和HV-TURBO鼓风机是污水处理的重要设备。曝气池溶解氧的控制、厌氧段与好氧段的控制、污泥浓度的控制是油田污水处理工艺的核心。该系统控制思路:PLC通过对DO的检测,自动调节空气阀的开度;当检测到空气阀的调节不能满足DO的需要时,再着行调整鼓风机的出风导叶片的开度(目前各污水在该系统的应用都不理想,主要问题是溶解氧的测量值滞后、不稳定及空气阀门的选型);PLC检测DO计、MLSS计、ORP计的值传送上位机进行数据分析,实时掌握厌氧段与好氧段、污泥浓度等状况,及时调整工艺控制。

脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后,污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团,并分离出自由水,然后被输送到带式污泥脱水机上,经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。设备的控制思路是以时序的逻辑控制为主导,污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水流量计和投药泵投药量实现。该系统流程控制原理图(如附录图二所示)。

脱水机系统的联动控制时序:
条件:各设备准备就绪,无故障;空压机、自动配药池工作正常。

启动:皮带输送机运转 带式脱水机运转 投药泵运转 污泥泵运转。

停机:控制顺序与启动顺序相反。

时间:根据实际的运行状况,可在PLC中设置各设备联动间隔时间。

油田污水处理自控系统遵循“集中管理,分散控制,数据共享”的原则,设计选型先进,安全可靠,经济合理,并能保证系统长期稳定高效地运行。PLC控制系统满足油田污水处理运行管理和安全处理的要求,即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节、提高运行效率,降低运行成本,减轻劳动强度,对油田污水处理内各系统工艺流程中的重要参数、设备工作情况等进行计算机在线集中实时监测,重要设备进行计算机在线集散控制,确保油田污水处理的出水水质达到设计排放标准。

油田污水处理PLC控制系统由两台计算机、8个现场控制站、工艺仪表、电量变送器构成。8个现场控制站用于控制现场设备、采集动态工艺参数和设备工作情况。现场控制站根据油田污水处理的实际工艺和构筑物的几何分布,设置在控制对象和信号源相对集中的几个单体中,并考虑在不影响控制功能和设备安全的前提下,尽量节省投资。本控制系统由8个现场控制站组成。它们分别位于:外1#泵站;外2#泵站;内中心控制室;内低压电房;鼓风机房(3个站);脱水机房。0#工作站~5#工作站之间采用A1SJ71AR21模块通过同轴电缆通讯。1#工作站和2#工作站与内主工作站的距离45公里,且无人值班,故租用电信公司无源电话专线通过调制解调器和A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备控制和数据传输。

 

某油田污水处理的自控系统由环形拓扑形式(ring topology)和星形拓扑形式(star topology)两种总线网络形式构成。

1)控制操作:在中控室里采用2IBM90INTERACT组态软件开发的工控程序能对全和2个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站PLC的参数进行设定和修改,具有良好的人机交互界面,可方便地进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的安全操作等级,针对不同的操作者,设置相应的加密等级,记录操作员及其操作信息。
  
2)显示功能:用设计方法生成图形,实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程。对全工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。

数据处理及管理:操作记录并显示工艺参数、电量参数的变化曲线或趋势图,利用在线数据和数据库的数据进行分析、统计、计算、显示。

报警功能:当某一参数异常或设备故障时,可根据不同的报警类别,发出声光报警、屏幕报警。

 
3)报表功能:分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如:污水处理量、加药量、耗电量等。

 
4)打印功能:各种报表的打印,各种事件及报警实时打印。

监控系统由操作员工作站、服务器工作站、投影仪、打印机、2PLC工作站和现场一次设备。通信网络采用西门子的过程现场总线标准(Profibus),它为分布式I/O站或驱动器等现场器件提供了高速通信所需的用户接口,以及提供了在主站间大量数据内部交换的接口通信协议采用SINEC L2,该协议遵从DIN19245标准。SINEC L2又分为如下子协议:L2-TFL2-FMSL2-DPL2-AP。其中L2-DP遵从Profibus标准开放式结构,适用于对时间要求严格的现场,能够以最快的速度快速处理和传送网络数据。所以本系统可以快速的采集和处理由PLC所采集的数据,符合控制系统要求的快速性。

 

 

 

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