1 引言
目前,紙廠的污水處理系統(tǒng)絕大部分通過(guò)老式的配電控制柜.采用按鈕操作。由管理人員通過(guò)觀察污水狀態(tài),人為地決定機(jī)組投人數(shù)量和各臺(tái)機(jī)組的投入負(fù)荷數(shù)。這種方式操作很不方便。且對(duì)操作員熟練程度的要求較高,所以工作效率不高。因此.急需自動(dòng)化程度較高的控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。
PLC即可編程控制器。使用PLC控制系統(tǒng)可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種工作方式的控制和切換,例如可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)一手動(dòng)、手動(dòng)一自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。這一點(diǎn)對(duì)紙廠污水系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要,自動(dòng)方式下如PLC出現(xiàn)故障,可以手工保證機(jī)組運(yùn)行,而且根據(jù)PLC的錯(cuò)誤代碼可以較為方便地排除故障,簡(jiǎn)化了維護(hù)工作。
而目前許多控制雖然采用了PLC控制,但是仍然是使用按鈕等操作,不直觀。觸摸屏監(jiān)控器可代替普通或工控計(jì)算作為人機(jī)界面,具有交互性好、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、與PLC聯(lián)結(jié)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
2 污水處理流程
工業(yè)廢水的處理T藝。一般都是多個(gè)處理技術(shù)的組合。紙廠主要以廢紙為原料,因此廢水水質(zhì)為廢紙?jiān)旒垙U水。廢水中的主要成份是細(xì)小懸浮性纖維、造紙?zhí)盍?、廢紙雜質(zhì)和少量果膠、蠟、糖類,以及造紙生產(chǎn)過(guò)程中添加的各類有機(jī)及無(wú)機(jī)化合物。污染物質(zhì)以控制漂洗混合廢水中的SS(懸浮固體)、BOD(生物化學(xué)需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)和揮發(fā)酚等為主。
某造紙廠廢水的綜合處理系統(tǒng)。一級(jí)處理是廢水生化處理的準(zhǔn)備工作,大量固體被篩網(wǎng)隔柵除去,并進(jìn)行沉降。二級(jí)處理則是可溶的有機(jī)化合物的生物降解.將BOD5值由50~1000mg/L甚至更高,降到15mg/L以下。根據(jù)工藝和設(shè)計(jì)有5個(gè)調(diào)節(jié)沉淀池、3臺(tái)用作提升泵、2個(gè)SBR反應(yīng)池進(jìn)水電動(dòng)閥、2臺(tái)加藥攪拌機(jī)、2臺(tái)計(jì)量泵。污水處理分為一級(jí)處理和二級(jí)處理。一級(jí)處理主要有以下幾步。
(1)格柵:去除粗大顆粒如塑料袋、樹(shù)枝、葉等。
(2)調(diào)節(jié)沉淀池:使各種污水、廢水在被送人主體處理構(gòu)筑物之前,進(jìn)行水量的均和調(diào)節(jié)。污水的二級(jí)處理主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。
(1)水的好氧生物處理:去除廢水中溶解膠體的有機(jī)性污染物。本工程用到的方法是SBR法f序批式活性污泥法)。
(2)加藥裝置:整個(gè)系統(tǒng)中有兩處需投加藥劑。一處為控制廢水的pH值,設(shè)置一套加酸裝置;另一處為保證生物處理工藝對(duì)營(yíng)養(yǎng)平衡的需求,投設(shè)N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽裝置。
(3)綜合樓:將PLC控制室、觸摸屏、現(xiàn)場(chǎng)電控、實(shí)驗(yàn)室及值班室等均置于綜合樓內(nèi)。在綜合樓可實(shí)現(xiàn)對(duì)紙廠污水過(guò)程自動(dòng)化的監(jiān)視和控制并能提供良好的人機(jī)交互界面。圖形系統(tǒng)可以根據(jù)需要利用其圖形工具對(duì)工藝圖、動(dòng)態(tài)曲線、歷史趨勢(shì)圖及表格進(jìn)行動(dòng)態(tài)或靜態(tài)顯示。報(bào)警系統(tǒng)提供在過(guò)程中出現(xiàn)的故障、操作狀態(tài)以及自動(dòng)化過(guò)程中的綜合信息,幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理危險(xiǎn)情況。并記錄打印。
3 S7—300系列PLC的控制
污水處理采用PLC現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。根據(jù)污水處理的工藝流程,對(duì)污水處理控制系統(tǒng)的硬件配置做出分析和選擇。本工程選用西門子的S7—300系列PLC負(fù)責(zé)污水一級(jí)、二級(jí)處理的自動(dòng)控制任務(wù)。CPU型號(hào)為CPU314.計(jì)數(shù)器總數(shù)256。模擬量輸入模塊型號(hào)為SM331.8點(diǎn)模擬量輸入。數(shù)字量輸入模塊型號(hào)為SM321,可同時(shí)控制的輸入點(diǎn)數(shù)16個(gè)。PLC輸入/輸出擴(kuò)展模塊選用SM323.參數(shù)是16輸入16輸出。
3.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)
在各組構(gòu)筑物及設(shè)備的進(jìn)出13處放置儀表.檢測(cè)排人/出的污水的流量、溫度和pH值。將檢測(cè)的數(shù)值轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)送到PLC控制器。如果流量、溫度和pH值在設(shè)定的范圍內(nèi).則自動(dòng)運(yùn)行;如果流量、溫度和pH值超出或低于設(shè)定的范圍.則會(huì)在觸摸屏上報(bào)警。工作人員在監(jiān)控中心通過(guò)觸摸屏對(duì)顯示畫(huà)面上的對(duì)應(yīng)按鈕點(diǎn)擊來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的開(kāi)、停控制。
3.2 調(diào)節(jié)沉淀池的控制
(1)調(diào)節(jié)沉淀池過(guò)濾
調(diào)節(jié)沉淀池的運(yùn)行模式有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。在調(diào)節(jié)沉淀池的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)一個(gè)獨(dú)立的操作臺(tái),可對(duì)調(diào)節(jié)沉淀池的運(yùn)行進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)沉淀池正常運(yùn)行時(shí),操作人員應(yīng)將控制選擇在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方式,選擇足夠的調(diào)節(jié)沉淀池投入運(yùn)行。
(2)調(diào)節(jié)沉淀池反沖洗
當(dāng)調(diào)節(jié)沉淀池正常生產(chǎn)一段時(shí)間之后.就需要對(duì)調(diào)節(jié)沉淀池進(jìn)行反沖洗,以去除濾料層的雜質(zhì)。在反沖洗結(jié)束、過(guò)濾開(kāi)始的時(shí)候,啟動(dòng)計(jì)時(shí)器,時(shí)間到便開(kāi)始反沖洗程序。調(diào)節(jié)沉淀池沖洗可以采用自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)控制。1#調(diào)節(jié)沉淀池反沖洗完畢后,置反沖洗完畢標(biāo)志,只有當(dāng)其他的2#-5#調(diào)節(jié)沉淀池都在進(jìn)行反沖洗工作時(shí).在反沖洗完畢信號(hào)和手動(dòng)推出工作狀態(tài)信號(hào)才能清除1#調(diào)節(jié)沉淀池的工作標(biāo)志和反沖洗標(biāo)志。
3.3 提升泵和加藥裝置的控制
加藥裝置包括加藥計(jì)量泵和加藥攪拌機(jī)。提升泵和加藥裝置都有遠(yuǎn)程手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。
3.4 系統(tǒng)運(yùn)行
整個(gè)污水處理流程的總電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)水質(zhì)的各個(gè)參數(shù).通過(guò)通訊模塊了解各組設(shè)備的運(yùn)行狀況,各組信號(hào)通過(guò)放大處理后進(jìn)人PLE進(jìn)行主控。
4 程序流程圖設(shè)計(jì)
根據(jù)紙廠污水處理流程的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)出主要的控制流程。根據(jù)本系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程,對(duì)格柵、調(diào)節(jié)沉淀池、提升水泵、加藥計(jì)量泵、加藥攪拌泵和SBR反應(yīng)池等的控制對(duì)象的控制點(diǎn)進(jìn)行分析,確定控制點(diǎn)。根據(jù)工藝流程和程序控制的流程要求,設(shè)計(jì)出以下的基本模塊程序: (1)各調(diào)節(jié)沉淀池的起??刂?; (2)加藥系統(tǒng)控制; (3)SBR反應(yīng)池進(jìn)水電動(dòng)閥控制; (4)真空泵的控制; (5)加藥計(jì)量泵的控制; (6)加藥攪拌機(jī)的控制; (7)對(duì)各模擬量信號(hào)的采集; (8)對(duì)各個(gè)調(diào)節(jié)沉淀池電動(dòng)閥狀態(tài)的采集。
5 觸摸屏控制
PLC與觸摸屏連接。操作人員通過(guò)觸摸屏可以直觀地觀測(cè)到當(dāng)前水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo).檢查水質(zhì)是否在設(shè)定的范圍值內(nèi)。通過(guò)模擬量信號(hào)的傳輸,觸摸屏上集中顯示分散在現(xiàn)場(chǎng)的PLC站和儀表所采集的各種工藝數(shù)據(jù)。操作人員可根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)確定是自動(dòng)運(yùn)行還是手動(dòng)控制,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況及工藝要求.發(fā)出主控指令傳達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)。在觸摸屏上。操作人員可以觀察到污水處理的各組設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。如果需要手動(dòng)控制時(shí).操作人員可以通過(guò)觸摸屏直觀地對(duì)各組運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
如圖4所示是“紙廠污水工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)”的主控界面。主控界面里顯示流程中各組設(shè)備,操作人員可以通過(guò)點(diǎn)擊各個(gè)設(shè)備切換到該設(shè)備的工況頁(yè)面進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè)。操作人員還可以通過(guò)“手動(dòng)一自動(dòng)”開(kāi)關(guān)切換系統(tǒng)的操作方式。
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圖4 “紙廠污水工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)”界面
6 污水處理的水質(zhì)指標(biāo)
廢水經(jīng)治理后水質(zhì)必須達(dá)到《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)> (GB3544—2001)中制漿造紙關(guān)于非木漿本色造紙的標(biāo)準(zhǔn)。處理后水質(zhì)較好,水質(zhì)指標(biāo): (1)pH:7.5~7.93; (2)COD5:60mg/L; (3)SS:20mg/L; (4)BOD5:20mg/L。SS去除率高達(dá)97.24%,COD去除率達(dá)93%,BOD去除率達(dá)94.2%.廢水回用率達(dá)90%以上。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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