[摘要]：文章采用西门子公司通用变频器6SE70，分析了矢量变频的原理，在此基础上，提出了用S7-300系列PLC模块来集中控制油田污水处理系统的整体方案，针对PH值的控制，给出了控制算法。
　　[关键词]：可编程逻辑控制器；油田污水处理
　　中国分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1002-6908(2007)0120001-02
　　
　　随着国内油田开发的不断深入，已进入开发的中、后期，其采出含水量逐步增大。特别是注水开发的晚期，综合采出含水率高达80～90%。采出水中所含的主要是油、脂及溶解化合物，如不进行处理，排入水体则会造成污染、破坏生态平衡，并且造成大量的水资源浪费。
　　以往的污水处理厂的控制多采用常规的仪表控制，以手动控制为主，劳动生产率低，系统信息分散。为了降低污水处理成本，达到减员增效的目的，就必须提高污水处理的自动化水平，一方面提高系统运行的可靠性，另一方面通过自动化水平的提高，将劳动力解放出来。从发展来看，由常规仪表构成的控制系统已不能满足需要，水处理产业的自动化水平将随着国际自动化技术和设备的发展而发展。而智能化、分布式、开放型、网络化、管控一体化是自动化发展的趋势。
　　
　　1．控制系统整体结构
　　
　　污水处理系统的控制原理框图见图1，主要由以下几个部分组成：（1）PLC控制器：控制器是系统的核心部分，它接收并处理输入信号，产生完成各种控制作用的输出信号；（2）输入模拟量模块：将现场的流量、PH值等信号经过模拟模块的处理，变成控制器所需要的标准电平信号；（3）将控制器输出的标准信号通过USS通讯协议，传送到6SE70变频器，改变变频器输出的电网频率，从而改变执行电机的转速，达到最终改变添加药剂量的大小；（4）显示与报警：为了调整方便，工作运行时监视故障的发生以及向工作人员报警；（5）控制中心：可监视各控制室和主要设备的运行状态、污水流量、PH值，从而可全面掌握污水处理的生产情况，做出合理的调度决策。
　　西门子6SE70变频器矢量控制策略是将异步电动机在三相坐标系
　　
　　
　　自动辨识，调解器参数自动优化，故障自诊断等功能。
　　系统的中央控制器采用西门子的S7—300 PLC，6SE70利用USS协议通信格式实现PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。系统软件的设计采用梯形图法编程，数据的采集、控制算法的实现使用梯形图编程非常简单、方便。[2]
　　
　　2．污水处理工艺自动化
　　
　　2.1 控制系统的信息采集
　　PH值是用来表示溶液酸碱性的参数，它反映的是溶液中H+离子与OH-离子的浓度。溶液中的两种离子的浓度相等时，溶液中呈中性，其PH值为7；当H+离子浓度高时，溶液呈酸性，其PH值小于7；当OH-离子浓度高时，溶液呈碱性，其PH值大于7。本污水处理系统，采用PH计在线检测PH值。
　　液位也是污水处理站中一个较为重要的参数，包括罐和水池的液位。本次要求对1座1000M3反应罐进行液位显示，一次仪表采用液位差式变送器，当参数超越限时，发出声/光报警信号。所用现场一次仪表信号进入PLC控制器内进行处理，并完成自动控制功能，还可由计算机显示、报警及调整参数。
　　需要处理的污水是变化的，而且污水的组成也是变化的，如果采取按平均处理水量来均匀加药，则会造成污水酸碱度波动大，水质不稳定，也会导致加药成本的增高。因此，采用自动加药监控系统，通过测量处理污水的总流量及加药后水质指标，控制各种药剂的投加量，实行自动监控。同时可使流程平稳运行，提高加药精度。本次工程，污水站来水流量采用横河公司的电磁流量计检测。
　　
　　2.2 控制器的设计
　　由图1工艺流程图可以得知，控制器通过检测污水流量、药水流量和处理后污水的PH值，产生变频器输出的控制量，改变驱动电机转速，用来控制加药泵的输出，从而控制反应罐里污水和药水的反应，使处理后的污水的PH值与设定值相符合。[5]图2是采用PH值、流量双闭环控制系统的原理框图，流量调节采用P调节，其控制响应速度快。西门子S7-300PLC内部集成了PID调节功能模块，使得控制器的设计更方便。
　　对于PH值大时间常数的本系统，理想的微分控制作用对高频分量有极大的放大作用，也就是对高频的抑制作用能力很差，本系统采用PI调节器。
　　
　　
　　由于PH值的控制系统是一个一阶惯性大时间常数系统，PI控制器造成控制作用的滞后性，这必然会引起控制过程震荡倾向增强，对双闭环系统稳定性不利。
　　
　　2.3 实验结论
　　图3给出了在不同PH设定值时的PH实测值。从图中数据可以看出系统对PH的控制稳定，效果良好，说明控制器的设计和控制算法在药剂投加控制中的运用是有效的，明显提高了系统的控制品质和性能。
　　
　　3．结论
　　
　　PLC控制的变频调速系统在油田污水加药自动控制技术的开发应用，解决了长期以来因人工加药调解不及时引起的水质波动问题，使得对来水的监控项目更全面、反应更灵敏、药量控制更精确、操作更方便，实现了来水变化与加药变化的一致性。注水水质主要指标的波动幅度比应用前下降了65%，注水水质达标率增加了6个百分点，同时也大大降低了工人的劳动强度。
　　
　　参考文献
　　[1] 葛保华，西门子6SE70变频器在纸机控制系统中的应用[J]. 微计算机信息，2005(7)：125~127.
　　[2] 候德霞，油田污水处理自动化控制系统[J]. 石油化工腐蚀与防护，004(2)：49~50.
　　[3] 李安峰，张志群．废水处理中PH值的PLC自动控制系统[J]. 给水排水，2001(2)：23~25.
　　[4] 何小其，麻红昭.废水中和处理PH值控制的研究与实践[J]. 浙江大学学报，2001(3)：42~45.
　　[5] 李涛，基于单片机的联合站污水处理监控系统设计[J]. 仪器仪表与分析监测，2005(2)：3~5.