PLC在炼油污水处理BAF装置中的应用

2006年11月07日 14:53来源：烟台勾股通信技术有限公司 >>进入该公司展台人气：637

[摘要]：本文叙述了采用SIMATICS7-300可编程控制器实现炼油污水处理工艺设备的控制，具体介绍了控制系统的结构、任务分配和实现、控制方式及程序设计思路。
关键词；炼油污水；PLC BAF
炼油厂污水是一种难处理的工业废水，它是原油炼制、加工及油品水洗等过程中产生的一类废水，污染物的种类多、浓度高，对环境的危害大。陕西某炼油厂为了改善炼油废水对环境的污染，对现有曝气生物滤池污水处理装置进行改造，在原有A／O曝气池的基础上增加BAF曝气装置。改造后的装置对SS、COD、BOD和氨氮具有很好的处理功能。BAF装置运行管理采用PLC程序控制系统，经实际系统调整、测试，已达到预期的效果。
1 污水处理工艺
污水一级处理采用原有的调节均质、隔油和气浮等除油工艺，去除大部分油类和悬浮物。二级处理采用泥法和膜法相结合的两段生化工艺，其中一段采用活性污泥法A／O曝气池，用于去除大部分的有机负荷；二段采用两级BAF装置，进一步去除有机物，并对悬浮物进行截留，确保处理后排水水质*达标。在污水处理中，曝气池是全厂的核心建筑，污水在池中通过生物的净化作用达到去除有机物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少会造成细菌大量死去，不利于微生物的生长，会直接影响处理效果。但供氧量过大，不仅使能耗提高，增大运行费用，而且会形成小而重的易沉淀絮体使水质恶化。因此控制水中的含氧量是污水处理过程控制中关键的任务之一。
2 BAF工艺控制原理
滤池状态分为正常工作、反冲洗、备用及故障4种状态，滤池上的在线仪表主要是溶解氧检测仪表、流量计和滤池压差检测仪表。

下面对BAF工艺正常工作控制和反冲洗状态作简要介绍。
（1）正常工作控制
滤池在正常工作状态时，曝气阀及进水调节阀开启，其他阀门关闭，曝气风机变频运行，整个滤池自动运行，核心控制参数为：滤速、出水溶解氧水平及运行周期控制。溶解氧的控制要求是通过计算机给这些DO仪设定一个测量范围，当进水量达到平衡，池中悬浮物浓度合乎标准时，一旦水中含氧突破这个范围，PLC就会收到现场溶解氧仪反馈回来的报警信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机的开启台数由PLC根据溶解氧的平均值来控制。PLC每隔5min判断一次曝气池内的溶解氧值，溶解氧低于设定下*调频风机增加风量。若调频风机已达到zui大值，则增开一台普通风机，溶解氧高于设定上*调频风机减少风量；若调频风机已达zui小值，则关闭一台普通风机。
（2）反冲洗控制
当滤池具备反冲洗条件时要停止正常工作，需排队才能进入反冲洗工况。反冲洗程序为3段式冲洗：气冲洗、气水混合冲洗、水冲洗。

3 控制方式、主要测控点和控制设备
3.1 根据BAF工艺要求，工艺设备的控制设有3种方式：
（1）现场操作箱硬手动控制；
（2）PLC联锁自动控制；
（3）中控室电脑键盘远程控制（软手动）。
这3种控制方式相互补充。正常运行时是以PLC的自动控制为主，必要时以硬手动或软手动控制作为补充。
3.2 主要测控点
（1）数字I/O：曝气机工作状态；进出水阀、曝气阀、排气阀的开闭状态，反冲洗水泵、反冲洗鼓风机启停状态；反冲洗水阀、气阀开闭状态。
（2）模拟I/O：进水水量、进水阀阀位；滤床水头损失、液位；溶解氧、曝气量。
3.3 主要控制设备
（1）BAF曝气供风系统，污水处理厂生化系统有6台1）90-1.7离心鼓风机，其中一台用变频风机。
（2）空气反冲洗供风设备，选用JAS-200型罗茨鼓风机作为滤池反冲洗供风设备。
（3）反冲洗水泵，选用3台CZ200-315型离心水泵。
（4）安装在曝气池不同地点的6个溶解氧测试仪。
4 控制系统结构
控制系统主要包括上位机和下位机的硬件，共同组成一个控制系统。图3为控制结构系统图。上位机为现有工业计算机，采用西门子公司CP5611网卡通过PROFIBUS-S7数据通讯网络完成计算机与PLC之间的数据通讯，上位机的画面组态软件采用西门子公司的WINCC完成用户二次软件的开发。

西门子S7系列PLC作为控制系统的核心，可以提供强大的控制、网络和组态功能，以及良好的扩展能力和通讯能力，容易实现分布式的系统结构，该PLC主要包括以下几部分：
（1）CPU模块：采用西门子S7-315-2DP，主要用来执行用户程序，控制I/O模块与上位机通讯。
（2）电源模块：PS307，通过背板总线向模块供电。
（3）I/0模块：包括SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM331模拟量输入模块和SM332模拟量输出模块，用于现场控制设备的接口。
现场各个监控点的物理参数，由对应的传感器或变送器检测出来并转变为4～20mA电流信号，然后送到相应PLC内，PLC通过各种模块接口采样信号；控制信号由PLC输出后以4～20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。
5 控制系统功能及编程实现
5.1 控制系统功能
根据对现场污水处理工艺的了解和操作人员的具体要求和建议，把系统的控制功能实现分为上位机实现和下位机实现。上位机主要功能为显示工艺流程、电机及电磁阀等电器的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及处理方法；显示液位、溶解氧等模拟量，设计保存期为一年，供随时打印。下位机主要用于实现工艺逻辑控制及控制算法；并可直接控制电机，风机及各类阀门。同时通过A/D转换器采集现场控制单元的输入信号。现场控制单元为控制仪表，主要完成从现场采集模拟信号，变送为标准信号，经过A/D转换，进行数字PID调节运算后，控制各种执行机构。
5.2 控制系统编程
根据工艺要求所确定的联锁步骤对现场电动阀门、曝气机、鼓风机和水泵等电气设备开关的控制采用顺序控制、时限控制和条件控制相结合的原则进行设计。控制方式联锁自动或手动可以相互切换，在手动条件下，自动联锁控制不能完成，只有等切换到自动状态时，所属的联锁程序才能够自动执行。

6 结束语
系统以PLC为核心，利用PLC强大的过程检测与控制功能，实现了炼油污水处理BAF装置中溶解氧、液位等参数的在线监测与自动控制。本系统投入运行以来，运行稳定可靠，处理后的污水达到了国家污水排放标准，*达到了zui初设计的功能，实现了对BAF污水处理的集散控制和管理。

关键词：可编程控制器控制系统

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