PLC控制系統(tǒng)在電廠廢水處理中的應(yīng)用

1 引言
公司工程技術(shù)人員針對(duì)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(cè)，該工藝的各項(xiàng)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(jí)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(shí)，會(huì)因操作人員的錯(cuò)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?cè)O(shè)計(jì)了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污水處理過程的自動(dòng)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(jiǎn)介
電廠含油廢水是由離心分離機(jī)脫水及維修設(shè)備時(shí)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(xiàng)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(jí)采用旋流分離器對(duì)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(duì)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(jí)負(fù)荷(降低加藥量)，次級(jí)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(duì)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(duì)石油及SS的有效處理，后級(jí)采用氧化-過濾器對(duì)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?xiàng)指標(biāo)COD、SS、含油率達(dá)到了國家一級(jí)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(jí):上位監(jiān)視級(jí)和下位控制級(jí)，如圖2所示。監(jiān)視級(jí)由一臺(tái)日本Hakko公司的V606i型觸摸屏和一臺(tái)打印機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的同步監(jiān)視，并可隨時(shí)打印現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)?？刂萍?jí)由一臺(tái)S7-200 CPU224 型可編程邏輯控制器(PLC)及一個(gè)模擬量采集模塊EM 235、一個(gè)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(jì)量泵的輸出信號(hào)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(jì)的信號(hào)輸入和2＃計(jì)量泵的輸出信號(hào)處理;EM223用于水位信號(hào)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(duì)每個(gè)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(duì)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(jì)，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(hào)，當(dāng)向V6下載畫面數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的PLC通訊程序就會(huì)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制、在線監(jiān)視、故障顯示報(bào)警、生成報(bào)表等基本功能。
4.1 生產(chǎn)過程自動(dòng)控制
本控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表為多種類、在線連續(xù)檢測(cè)，其中包括液位、流量、pH值的測(cè)量和控制。pH計(jì)測(cè)量的4～20mA信號(hào)和流量計(jì)的脈沖信號(hào)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(hào)至兩個(gè)計(jì)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(dòng)調(diào)節(jié)。檢測(cè)儀表的控制信號(hào)(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(shí)，廢水將帶有堿性，如果pH值超過9，將會(huì)對(duì)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(tái)臺(tái)灣JENCO公司生產(chǎn)的3675 型工業(yè)式酸度/氧化還原測(cè)試儀對(duì)pH進(jìn)行控制。這種控制器除實(shí)現(xiàn)pH值檢測(cè)外，還具備兩組開關(guān)控制輸出(上下限報(bào)警)和pH值訊號(hào)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(hào)輸出至PLC，通過程序運(yùn)算，輸出信號(hào)，控制3＃計(jì)量泵的開停。另外，也可以通過觸摸屏上設(shè)計(jì)的按鈕，直接控制3＃計(jì)量泵，實(shí)現(xiàn)pH值的手動(dòng)調(diào)節(jié)。pH值訊號(hào)(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(jì)量泵，它可以接收模擬量或脈沖量信號(hào)控制，因此，我們首先將渦輪流量計(jì)的脈沖信號(hào)輸入PLC，通過程序內(nèi)高速計(jì)數(shù)器計(jì)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(hào)和模擬量信號(hào)來控制1＃、2＃計(jì)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(gè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)加藥量的手動(dòng)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(bào)警功能
對(duì)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(bào)警信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、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(shí)，在觸摸屏的屏幕上可以顯示動(dòng)態(tài)的工藝流程圖和8個(gè)子界面，在這些界面上可以顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況、儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及某些工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)、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(shí)切換每個(gè)界面，調(diào)整工藝參數(shù)和對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。
(2) 工作流程的自動(dòng)監(jiān)控
現(xiàn)場(chǎng)操作人員可在觸摸屏上設(shè)置各項(xiàng)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(dòng)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(shì)圖中，以更直觀地觀測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和分析運(yùn)行過程。
(3) 越限報(bào)警
控制系統(tǒng)對(duì)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(bào)警功能，以引起操作人員注意，及時(shí)采取措施排除故障，從而使生產(chǎn)恢復(fù)正常。
4.3 報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)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(dòng)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(jià)值。