變頻調(diào)速在油田污水處理中的應(yīng)用(一)

ainet.cn 2009年11月30日

以往的油田污水處理控制多采用常規(guī)的儀表控制，以手動為主，勞動生產(chǎn)率低，系統(tǒng)信息分散。為了降低污水處理成本，達到減員增效的目的，就必須提高污水處理的自動化水平。常規(guī)儀表構(gòu)成的控制系統(tǒng)已不能滿足污水處理需要，而智能化、分布式、開放型、網(wǎng)絡(luò)化、管控一體化是污水處理自動化發(fā)展的趨勢。筆者在分析西門子矢量變頻器6SE70和S7-300PLC（可編程邏輯控制器）的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于S7-300PLC和6SE70矢量變頻器的油田污水處理系統(tǒng)的新方案，重點針對pH值的控制，給出了采用C唱C算法（科恩（Cohen）-庫恩（Coon）法）確定控制器的方法，并將該算法成功運行于S7-300PPLC控制器中。

1　控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.1　西門子可編程邏輯控制器和矢量變頻器

西門子S7-300PLC可編程控制器作為控制系統(tǒng)的中央處理單元，該控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，靈活而易于維護，大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，集成有開放型Profibus現(xiàn)場總線接口、DP網(wǎng)絡(luò)接口和MPI全局數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他自動化控制系統(tǒng)。用STEP7編程軟件進行控制系統(tǒng)的組態(tài)和編程方便靈活，可使用標準的梯形邏輯、功能塊圖或語句表多種方式進行編程，增強了系統(tǒng)可靠性，又提高了自動化控制水平。

西門子6SE70變頻器矢量控制策略是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流，通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流，再通過按轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流，即將力矩電流、勵磁電流分量進行解耦，使解耦的磁通與力矩控制器互不影響，從而電機的速度和力矩連續(xù)可調(diào)。6SE70矢量控制變頻器是全數(shù)字式的交直交電壓源型SPWM變頻器，其逆變器的主開關(guān)為IGBT，具有良好的驅(qū)動性能。它采用先進的轉(zhuǎn)子磁場矢量控制策略，可以達到同直流傳動系統(tǒng)相媲美的靜、動態(tài)性能，具有電機參數(shù)自動辨識，調(diào)解器參數(shù)自動優(yōu)化，故障自診斷等功能。

6SE70利用通用串行接口協(xié)議USS（UniversalSerialInterfaceProtocol，USS）通信格式實現(xiàn)S7-300PLC與變頻器的通信功能，組成該機的控制系統(tǒng)。USS協(xié)議是西門子公司為變頻器開發(fā)的通信協(xié)議，可以支持變頻器同PLC之間建立通信連接，常適合于規(guī)模較小的自動化系統(tǒng)。它以主從方式構(gòu)成工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)站，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有一個主站，1～31個從站，各站點有唯一的標識碼識別。

1.2　基于PLC控制的變頻調(diào)速污水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

污水處理系統(tǒng)的控制原理框圖見圖1，主要由以下幾個部分組成：①S7-300PLC控制器?？刂破魇窍到y(tǒng)的核心部分，它接收并處理輸入信號，產(chǎn)生完成各種控制作用的輸出信號。②輸入模擬量模塊。將現(xiàn)場的流量、pH值等信號經(jīng)過模擬模塊的處理，變成控制器所需要的標準電平信號。③S7-300PLC控制器輸出的控制信號通過USS通訊協(xié)議，傳送到6SE70變頻器，改變變頻器輸出的電網(wǎng)頻率，從而改變執(zhí)行電機的轉(zhuǎn)速，改變添加藥劑量的大小。④顯示與報警。為了調(diào)整方便，工作運行時監(jiān)視故障的發(fā)生以及向工作人員報警。⑤控制中心?？杀O(jiān)視各控制室和主要設(shè)備的運行狀態(tài)、污水流量、pH值，從而可全面掌握污水處理的生產(chǎn)情況，做出合理的調(diào)度決策。