变频调速在油田污水处理中的应用

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1、变频调速在油田污水处理中的应用本文来源：工控商务网（http://www.gkcity.com/）以往的油田污水处理控制多采用常规的仪表控制，以手动为主，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。常规仪表构成的控制系统已不能满足污水处理需要，而智能化、分布式、开放型、网络化、管控一体化是污水处理自动化发展的趋势。笔者在分析西门子矢量变频器6SE70和S7-300PLC（可编程逻辑控制器）的基础上，设计了基于S7-300PLC和6SE70矢量变

2、频器的油田污水处理系统的新方案，重点针对pH值的控制，给出了采用C唱C算法（科恩（Cohen）-库恩（Coon）法）确定控制器的方法，并将该算法成功运行于S7-300PPLC控制器中。1　控制系统整体结构1.1　西门子可编程逻辑控制器和矢量变频器西门子S7-300PLC可编程控制器作为控制系统的中央处理单元，该控制器采用模块化结构，灵活而易于维护，大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护，集成有开放型Profibus现场总线接口、DP网络接口和MPI全局数据网络接口，用于同时连接编程器、PC机、人机

3、界面系统及其他自动化控制系统。用STEP7编程软件进行控制系统的组态和编程方便灵活，可使用标准的梯形逻辑、功能块图或语句表多种方式进行编程，增强了系统可靠性，又提高了自动化控制水平。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下的定子交流电流，通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流，再通过按转子磁场旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流，即将力矩电流、励磁电流分量进行解耦，使解耦的磁通与力矩控制器互不影响，从而电机的速度和力矩连续可调。6SE70矢量控制变频器是全数字

4、式的交直交电压源型SPWM变频器，其逆变器的主开关为IGBT，具有良好的驱动性能。它采用先进的转子磁场矢量控制策略，可以达到同直流传动系统相媲美的静、动态性能，具有电机参数自动辨识，调解器参数自动优化，故障自诊断等功能。6SE70利用通用串行接口协议USS（UniversalSerialInterfaceProtocol，USS）通信格式实现S7-300PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。USS协议是西门子公司为变频器开发的通信协议，可以支持变频器同PLC之间建立通信连接，常适合于规模较小的

5、自动化系统。它以主从方式构成工业监控网站，在网络内有一个主站，1～31个从站，各站点有唯一的标识码识别。1.2　基于PLC控制的变频调速污水处理控制系统结构图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：①S7-300PLC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。③S7-300PLC控制器输出的控制信号通过USS通讯协议，传送到6SE70变频器，改变

6、变频器输出的电网频率，从而改变执行电机的转速，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。2　污水处理工艺自动化2.1　控制系统的信息采集污水处理过程中模拟信号有pH值、流量、液位等，这些信号的检测通过相应的传感器将物理信号转变为4～20mA的标准电信号，再辅助以信号隔离单元、信号调理单元、A／D转换单元来实现的。pH值是用来表示溶液

7、酸碱性的参数，采用pH计在线检测pH值。污水流量是控制系统的重要参数，采用电磁流量计来进行计量。罐和水池的液位也是重要参数，采用液位计进行测量。2.2　控制算法的设计由图1所示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，改变加药电机转速，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。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（比例）调节，其控制响应速度快。由于西门子S7-300PL

8、C内部集成了PID（比例、微分、积分）调节功能模块，使得控制器的参数设定与调整简单易行。   由于pH值的控制系统是一个一阶惯性大时间常数系统，理想的微分控制作用对大作用，对高频的抑制作用能力很差，故该系统采用PI（比例、微分）调节器：   式中，Kc为比例系数；Ti为积分时间常数。如果仅仅采用PI（比例、微分）调节，必将造成控制作用的滞后性，又会引起控制过程震荡倾向增强，对双闭环系统稳定性不利。在实际应用中，采用简单的C-C算法来确定PI的参数。该算法