針對此種情況,，筆者以研華WebAccess網(wǎng)際組態(tài)軟件作為上位機(jī)的人機(jī)交互界面，使用三菱FX2N PLC完成數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)的控制,，實現(xiàn)系統(tǒng)自動運行和遠(yuǎn)程監(jiān)控,。
1 油田污水處理工藝流程和控制要求
油田污水處理系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。
從油田的脫水站過來的水經(jīng)過一次緩沖罐和收油罐后,，與所加藥劑在混合罐中進(jìn)行混合,，混合后的水在沉降罐中進(jìn)行過濾，再經(jīng)過二次緩沖罐后進(jìn)入壓力濾罐進(jìn)行過濾,，過濾后的水送入注水站或作為沖洗用水,。計算機(jī)通過M點的水流速值和N點的水pH值來控制所加藥劑的量：在工作過程中，對沉降罐要定時進(jìn)行排污,；壓力濾罐要定時進(jìn)行反沖洗,。
2 控制系統(tǒng)設(shè)計
2．1 可編程控制器PLC
目前，在油田污水處理中采用PLC進(jìn)行系統(tǒng)控制,，PLC具有易操作性,，有多種程序設(shè)計語言可供使用，其中梯形圖與電氣原理圖較為接近,，容易掌握和理解。PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低,。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時,，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位,。綜合考慮目前工業(yè)過程控制,、順序控制系統(tǒng)的主流趨勢和特性，采取了基于PLC為控制單元加工控機(jī)集中監(jiān)控的控制系統(tǒng)的設(shè)計方案,。
2．2 變頻器
變頻器是自動加藥系統(tǒng)的執(zhí)行單元和控制單元,。作為執(zhí)行單元時，變頻器接收來自調(diào)節(jié)單元PLC的控制信號,，根據(jù)控制信號改變電源的頻率,；作為控制單元時，變頻器本身兼有調(diào)節(jié)單元的功能,，單獨完成控制調(diào)節(jié)作用,。將變頻器串接在電機(jī)電源的輸入回路，通過改變電機(jī)電源的頻率來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。在本系統(tǒng)中,，每個變頻器有兩條線路,，一路是控制投藥量的計量泵，另一路是控制用于溶藥的攪拌電機(jī),。PLC將控制信號轉(zhuǎn)化成4～20 mA的電流信號,，通過改變變頻器的工作頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制投藥量和攪拌機(jī)的快慢,。
2．3 控制軟件
PLC的控制軟件主要用于實現(xiàn)加藥,、排污、反沖洗等3個方面的控制,。
1)加藥控制 有手動加藥和自動加藥兩種控制方式,。在加藥工藝中，主要有A劑和B劑兩種藥劑,，其中,，A劑的加入量由液體的流速和pH值來決定，B劑的加入量僅由液體的流速來決定,。自動加藥的控制原理如圖2所示,。
2)排污控制 分手動排污和自動排污兩種方式。自動排污的工作過程中,，系統(tǒng)對所有工作方式設(shè)為自動的沉降罐按順序進(jìn)行排污,，排污時間由定時器設(shè)定，可按照工藝需要更改時間,。每個沉降罐有4個排污閥門,，在排污開始之后要順序打開閥門。加入一定延時,，按下排污按鈕即可實現(xiàn)對所選罐進(jìn)行排污,。排污控制的流程圖如圖3所示。
3)反沖洗控 制先打開反沖洗的出口閥門,，再打開反沖洗的進(jìn)口閥門,，然后關(guān)閉正常工作的進(jìn)出口閥門；當(dāng)反沖洗結(jié)束時,，應(yīng)先關(guān)閉反沖洗的進(jìn)口閥門,，然后關(guān)閉反沖洗的出口閥門，最后打開正常工作的進(jìn)出口閥門,。在這些閥門打開或關(guān)閉過程中,，也要加入適當(dāng)?shù)难訒r，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行,。
2．4 控制算法
加藥系統(tǒng)是污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計的核心,，是實現(xiàn)系統(tǒng)算法的關(guān)鍵,，是系統(tǒng)穩(wěn)定和指標(biāo)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵，在本設(shè)計中,，采用工業(yè)上常用的PID控制算法,。
加藥控制過程中，變頻器接收的控制信號由pH計和流量計給出,，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值與檢測值進(jìn)行比較,，通過PID運算，輸出一個適當(dāng)?shù)碾娏髦到o變頻器,。在選擇PID調(diào)節(jié)參數(shù)時通常按照經(jīng)驗值來確定比例系數(shù)(K),、積分時間值(Ti)、微分時間(Td),，如圖4所示,。然后根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來進(jìn)行調(diào)試確定具體的值。
3 組態(tài)軟件WebAccess
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,，信息共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個方向,。WebAccess組態(tài)軟件是完全基于瀏覽器開發(fā)的人機(jī)交互軟件，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力,，可以工作在多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,，如單機(jī)系統(tǒng)、多機(jī)系統(tǒng),、連接到Intemet的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。自帶的繪圖工具可以畫出很友好的人機(jī)交互界面，可以導(dǎo)入AutoCAD的DXF文檔并進(jìn)行編輯,、填充和動畫制作,，還能導(dǎo)入GIF和JPEG等圖像文件，使畫面效果栩栩如生,。Web-Access的基本組成如下：
工程節(jié)點(Project Node)：用于系統(tǒng)設(shè)置的中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,。客戶端可通過工程節(jié)點動態(tài)瀏覽監(jiān)控節(jié)點運行狀況和工程參數(shù),。
監(jiān)控節(jié)點(ScadaNode)：可以連接自動化硬件設(shè)備，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)向客戶端,、其他監(jiān)控節(jié)點及工程節(jié)點傳輸數(shù)據(jù),；當(dāng)作為系統(tǒng)冗余時，監(jiān)控節(jié)點之間可以互相備份,。
客戶端(Client)：用瀏覽器直接連接到監(jiān)控節(jié)點,，以位圖快照格式顯示監(jiān)控畫面、并以文本方式改變數(shù)據(jù)值,、確認(rèn)警報和監(jiān)控,。
3．1 數(shù)據(jù)記錄及查詢
WebAccess具有數(shù)據(jù)記錄的功能,，可以連接多種數(shù)據(jù)庫，本工程使用系統(tǒng)默認(rèn)的數(shù)據(jù)庫Microsoft Access,。數(shù)據(jù)庫記錄的數(shù)據(jù)有模擬量點值,、模擬量改變值、數(shù)字量改變值,、運行記錄,、報警記錄等。記錄的數(shù)據(jù)存放在工程節(jié)點下的Bpdata文件中,，可以在工程管理員界面中查詢相應(yīng)的記錄,，并可以制成報表定時輸出。數(shù)據(jù)及報表還可以在工程管理員界面中導(dǎo)入到Excel中,，以便科研調(diào)用,。
系統(tǒng)是基于B／S架構(gòu)的，在遠(yuǎn)程終端,，用戶能夠直接通過瀏覽器查詢并導(dǎo)出數(shù)據(jù),，使不在現(xiàn)場的研究人員可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，保障了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,。
3．2 人機(jī)界面
組態(tài)軟件的界面應(yīng)該遵循簡潔,、形象、易操作的原則,，主界面設(shè)計如圖5所示,。
4 應(yīng)用效果
綜合采用工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò),、組態(tài)等技術(shù)和方法設(shè)計了一套油田污水處理控制系統(tǒng),，完全滿足污水處理工藝所提出的控制要求，可以實現(xiàn)污水處理過程的完全自動運行,，完成污水處理過程中全程監(jiān)控,、故障報警、水質(zhì)參數(shù)檢測記錄等的目標(biāo),。實現(xiàn)污水處理自動化后,，使得勞動生產(chǎn)率大大提高，大大減輕了工作人員的工作負(fù)荷,，節(jié)約了不少生產(chǎn)運行成本,；在實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型自動投藥后，在保證沉淀池出水達(dá)標(biāo)的情況下,，藥劑消耗率得到了較大幅度的降低,，藥劑的處理成本從0．5元／噸下降至0．2元／噸。按15噸／小時,，年工作300天計算,，每年可節(jié)約300x24x15x0．3=32 400元,。隨著人水和諧環(huán)境建設(shè)的不斷完善，人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng),，它必將發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益,。