1  引言

        公司工程技術(shù)人員針對電廠生產(chǎn)廢水處理的特點(diǎn)和工程實(shí)例，經(jīng)過數(shù)百次的反復(fù)試驗(yàn)研究，成功研制一種新型、高效、低運(yùn)行成本的處理工藝，并將該工藝應(yīng)用于佛山市光明發(fā)電廠有限公司的污水處理中。經(jīng)過一年多的調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)檢測，該工藝的各項指標(biāo)均達(dá)到了國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978-1996中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

        由于污水處理的環(huán)境惡劣且一些工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，在人工操作時，會因操作人員的錯誤判斷而影響處理效果，甚至造成不可挽回的損失。因此在該工程中，我們設(shè)計了PLC自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污水處理過程的自動控制，工藝過程的操作和工藝參數(shù)顯示均通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)，工作人員通過觸摸屏設(shè)置好必要的參數(shù)后，只需監(jiān)控處理過程，進(jìn)行一些必要的干預(yù)。

2  污水處理工藝流程簡介

        電廠含油廢水是由離心分離機(jī)脫水及維修設(shè)備時產(chǎn)生，廢水的酸堿度變化大，水質(zhì)的含油量變化大，乳化程度高，一般的處理系統(tǒng)受各種因素影響比較大(水量、含油量、酸堿度)，造成各項排放指標(biāo)超標(biāo)(電廠廢水排放標(biāo)準(zhǔn)COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。以下介紹一種新型的處理工藝，其流程如圖1所示。

        廢水的處理過程:前級采用旋流分離器對含油廢水進(jìn)行預(yù)處理，它利用兩種不相溶液體的比重差，在壓差的條件下，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，使得密度高的水拋出，密度小的油溢出，實(shí)現(xiàn)油水的高效分離，它相對于自然重力沉降平流隔油高效得多，離心分離后能有效地除去大部分的浮重油，降低次級負(fù)荷(降低加藥量)，次級采用豎流沉淀池進(jìn)行破乳、絮凝沉淀，在豎流沉淀加藥池的混凝方式是加藥方向與被處理的廢水相對流，保證充分、快速混凝。為配合發(fā)揮藥物的最佳功效，采用特殊的控制方式響應(yīng)系統(tǒng)各種因素的變化，通過絮凝沉淀完成對石油及SS的有效處理，后級采用氧化-過濾器對COD進(jìn)行有效降解。系統(tǒng)的COD主要由維修分廠的廢水產(chǎn)生，成分主要為芳烴族類，氧化—過濾器通過撞擊流的方式，利用氣水高速相撞，改變芳烴族類的理化特性，從而降解系統(tǒng)的COD。廢水經(jīng)過以上工藝處理后環(huán)?？己说闹饕椫笜?biāo)COD、SS、含油率達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)(COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。

3  PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        3.1 硬件結(jié)構(gòu)

        自控系統(tǒng)分為兩級:上位監(jiān)視級和下位控制級，如圖2所示。監(jiān)視級由一臺日本Hakko公司的V606i型觸摸屏和一臺打印機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工作狀態(tài)的同步監(jiān)視，并可隨時打印現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)?？刂萍売梢慌_S7-200 CPU224 型可編程邏輯控制器(PLC)及一個模擬量采集模塊EM 235、一個I/O擴(kuò)展模塊EM 223和觸摸屏組成。其中，PLC用于流量采集、1＃、3＃計量泵的輸出信號處理和反洗水泵、攪拌泵、空壓機(jī)、抽水泵的控制;EM 235用于PH計的信號輸入和2＃計量泵的輸出信號處理;EM223用于水位信號采集和漩流分離器、撞擊流裝置的控制;觸摸屏除了提供監(jiān)視功能，也具有控制功能，可通過它設(shè)定參數(shù)及實(shí)現(xiàn)對每個系統(tǒng)設(shè)備的單獨(dú)控制。觸摸屏和PLC之間通過RS-442/485轉(zhuǎn)換線通信。

        3.2 軟件構(gòu)成

        S7-200型PLC的組態(tài)編程采用STEP 7軟件，該軟件基于WIN32或以上版本，具有在PC上對S7-200控制系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)配置、程序編輯、編譯及反編譯、監(jiān)控和在線命令等功能。V606i型觸摸屏的編程采用V-SFT軟件設(shè)計，這是HAKKO公司V6系列觸摸屏用戶畫面的專用軟件。它運(yùn)行于Windows 95/98/NT操作系統(tǒng)，僅需指定PLC的型號，當(dāng)向V6下載畫面數(shù)據(jù)時，對應(yīng)的PLC通訊程序就會自動下載到V6中，因此兩者之間的兼容不存在任何問題。

4  PLC控制系統(tǒng)的功能

        為提高處理效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證設(shè)備正常運(yùn)行，PLC控制系統(tǒng)具有生產(chǎn)過程自動控制、在線監(jiān)視、故障顯示報警、生成報表等基本功能。

        4.1 生產(chǎn)過程自動控制

        本控制系統(tǒng)的檢測儀表為多種類、在線連續(xù)檢測，其中包括液位、流量、pH值的測量和控制。pH計測量的4～20mA信號和流量計的脈沖信號輸入PLC，經(jīng)程序運(yùn)算處理后傳輸至觸摸屏監(jiān)視和打印，并通過程序里的公式運(yùn)算，分別輸出高速脈沖和4～20mA信號至兩個計量泵，進(jìn)行污水的絮凝劑PAC(聚合氯化鋁)和PAM(聚丙稀酰胺)的自動調(diào)節(jié)。檢測儀表的控制信號(液位上下限)送至PLC參與系統(tǒng)的邏輯控制。主要控制回路介紹如下:

        含油廢水一般是中性的，pH值在6～8之間，但當(dāng)維修車間清洗時，廢水將帶有堿性，如果pH值超過9，將會對廢水的絮凝效果產(chǎn)生影響，所以要加酸中和，將污水的pH值調(diào)節(jié)至6.5～7.5。另外，PAC和PAM的加入也必須按一定的順序和比例，才能達(dá)到好的絮凝效果。

        綜上所述，影響污水處理效果的主要調(diào)節(jié)回路有污水加酸中pH值的控制和PAC、PAM加入量的控制，現(xiàn)分別加以詳細(xì)說明。

        (1) 污水的pH值調(diào)節(jié)

        我們選用了一臺臺灣JENCO公司生產(chǎn)的3675 型工業(yè)式酸度/氧化還原測試儀對pH進(jìn)行控制。這種控制器除實(shí)現(xiàn)pH值檢測外，還具備兩組開關(guān)控制輸出(上下限報警)和pH值訊號輸出(4~20mA)。我們可通過控制器設(shè)定pH值的上下限，將兩組開關(guān)控制信號輸出至PLC，通過程序運(yùn)算，輸出信號，控制3＃計量泵的開停。另外，也可以通過觸摸屏上設(shè)計的按鈕，直接控制3＃計量泵，實(shí)現(xiàn)pH值的手動調(diào)節(jié)。pH值訊號(4~20mA)輸出至PLC，經(jīng)程序換算為數(shù)值在觸摸屏上顯示。

        (2) PAC、PAM加入量的控制

        由于選用的是日本TACMINA公司的PZi4型計量泵，它可以接收模擬量或脈沖量信號控制，因此，我們首先將渦輪流量計的脈沖信號輸入PLC，通過程序內(nèi)高速計數(shù)器計算脈沖數(shù)和公式換算,得出PAC、PAM的加藥量，再通過程序進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，由PLC和擴(kuò)展模塊分別輸出脈沖信號和模擬量信號來控制1＃、2＃計量泵，使PAC、PAM可以隨著流量的連續(xù)變化而變化，從而使污水處理效果穩(wěn)定、高效。另外，通過觸摸屏可以設(shè)定相關(guān)參數(shù)，或通過界面上內(nèi)置的高值、中值、低值三個按鈕方便快捷地改變參數(shù)，還可以在觸摸屏上直接輸入加藥量，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)加藥量的手動調(diào)節(jié)。加藥量經(jīng)程序換算為數(shù)值在觸摸屏上顯示。

        4.2 在線監(jiān)視、報警功能

        對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、水位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、各種越限報警信號，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、處理、記錄和顯示。

        (1) 工藝圖的切換

        PLC和觸摸屏的程序開發(fā)時，在觸摸屏的屏幕上可以顯示動態(tài)的工藝流程圖和8個子界面，在這些界面上可以顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況、儀表檢測數(shù)據(jù)，以及某些工藝參數(shù)的變化趨勢、歷史記錄。操作人員可以直接在觸摸屏上了解處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且可以隨時切換每個界面，調(diào)整工藝參數(shù)和對自控系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。

        (2) 工作流程的自動監(jiān)控

        現(xiàn)場操作人員可在觸摸屏上設(shè)置各項參數(shù)，操作水泵、設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流程的監(jiān)視、選擇流程的啟動和停止。另外，觸摸屏程序組態(tài)了扇形圖和柱狀圖顯示流量和pH值數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)記錄在歷史趨勢圖中，以更直觀地觀測生產(chǎn)數(shù)據(jù)和分析運(yùn)行過程。

        (3) 越限報警

        控制系統(tǒng)對生產(chǎn)中出現(xiàn)的負(fù)載故障和控制參數(shù)越限(如pH值超過上限)有聲光報警功能，以引起操作人員注意，及時采取措施排除故障，從而使生產(chǎn)恢復(fù)正常。

        4.3 報表功能

        為將污水處理情況記錄下來，可根據(jù)需要由操作人員通過觸摸屏的打印輸出功能，將里面的一些重要檢測數(shù)據(jù)和歷史趨勢圖打印出來。

5  結(jié)束語

        從近一年的運(yùn)行情況來看，該控制系統(tǒng)完全滿足電廠污水處理工藝的要求，提高了處理效率，降低了工人的勞動強(qiáng)度和運(yùn)行成本，體現(xiàn)了污水處理站的現(xiàn)代化水平，具有和工藝成套應(yīng)用及推廣的價值。
 

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