基于dsPIC4013单片机的污水处理测控系统

2014-12-01张萍长江大学电子信息学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2014年28期

张萍（长江大学电子信息学院，湖北荆州434023）

谭莲香（四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州434024）

随着海上油田开发的深入，原油含水率上升，在开发过程中产生大量的采油污水，污水中含有油、悬浮物及有机物等污染物，直接排放会对海洋环境造成重大污染［1］。海上CEP平台空间较小，承重能力有限，需要结构紧凑、处理效率高、出水水质好的污水处理工艺［2］，陆上油田的一些成熟的污水处理工艺无法直接应用［3］。油田常用的采油污水处理方法可归纳为物理法、化学法和生化法等几大类［4］。但每种方法都有其局限性，受污水成分、原油存在形式、回收利用程度以及排放方式等多种因素的影响，使用单一的处理方法，难以达到满意的效果［5］。为此，笔者介绍一套结合电化学、物理过滤、化学药剂反应等多级污水处理工艺的测控系统。

1 污水处理工艺流程

含聚污水处理工艺主要由污水槽、旋流混合罐、电化学除油罐、斜管除油罐、污油槽、滤前水槽和过滤器组成［6］。具体工艺流程如图1所示。

图1 系统工艺流程图

污水在污水槽中加热和搅拌之后被提升泵打到混合罐中与药剂反应，然后经过电化学除油罐和斜管除油罐除油后到滤前水槽缓冲，再通过增压泵打到过滤器中进行过滤，最后装入塑料桶。为了增加工艺处理的灵活设置，过滤器可以单独使用，也可以串联并联使用［7］。

2 测控系统方案

含聚污水处理装置测控系统包括上位机（PC机）、控制器、电气柜、现场的一次仪表和执行机构。上位机主要提供人机交互界面以及数据处理等，包括现场数据显示、仪表状态显示、过程控制参数设定、控制操作界面、工艺参数保存、查询与报表输出等。控制器完成对现场设备的信号采集、控制命令的执行与反馈等。上位机和控制器之间进行数据传输，相互协调，完成整个自动测控功能。电气柜给现场的执行机构提供动力。测控系统结构图如图2所示。

3 控制方法

图2 测控系统结构图

根据工艺要求系统有4个关键参数控制点：温度控制（污水槽温度要求保持在65℃ （±5℃））、加药控制（添加的药剂量与实际污水的量成比例关系，所以需要根据提升泵实际来水量控制加药的量）、电化学罐液位控制（为确保电化学除油效果，电化学罐工作液位要求控制在80%～－85%，除渣液位控制在96%）、斜管除油罐液位控制（为确保斜管除油效果，斜管罐工作液位要求控制在85%～－90%，除渣液位控制在96%）。

根据测控要求，笔者设计了4个控制点的控制系统。

3.1 温度控制

通过实时在线检测污水槽温度来实现对电加热棒的控制。从图3可知，实际温度跟设定温度的差值，经过相应的控制算法后，通过控制固态继电器的占空度（PWM）来控制电加热棒有效功率，实现对电加热炉的实际温度控制。

图3 温度控制原理框图

3.2 加药控制

加药控制原理框图如图4所示，加药控制是通过比值控制和闭环控制共同作用的，药剂给定流量是通过提升泵流量和药剂浓度比值计算得出，再通过一个闭环控制来控制实际加药量。

图4 加药控制原理框图

3.3 电化学除油罐液位控制

电化学除油罐的工作液位主要受提升泵流量的影响，提升泵流量还影响着加药的流量。提升泵的流量既要保证流程的相对稳定，满足污水处理的工艺要求；又要保证电化学除油罐的液位在一定范围内波动，因此其控制算法采用智能控制算法。在确保液位控制在85%～95%时，工艺流程流量相对稳定。其控制原理如图5所示。

图5 电化学除油罐液位控制原理框图

3.4 斜管除油罐液位控制

斜管除油罐进口流量Q0不受控制，由于滤前水槽是封闭的，它的出口流量Q1就受增压泵的控制。Q0作为一个可测不可控的干扰量，笔者采用前馈加反馈的控制方法，在进口流量发生变化时及时改变出口流量来消除干扰，尽可能的做到除油罐液位变化较小。其具体控制原理如图6所示。

图6 斜管除油罐液位控制原理框图

4 控制器的硬件设计

控制器主要完成污水处理工艺参数的实时在线检测与控制，并与上位机进行数据通讯。数据通讯采用RS232通信接口协议。模拟量输入（AI）共需要采集10路数据，分别是：污水槽液位、电化学除油罐液位、斜管除油罐液位、滤前水槽液位、污水槽温度、提升泵压力、过滤增压泵压力、反冲洗泵压力、提升泵流量、强力搅拌器转速。模拟量输出（AO）共有4路输出，分别是电加热炉、提升泵、加药泵、增压泵控制输出信号（见图7）。