1 引言
目前，紙廠的污水處理系統(tǒng)絕大部分通過老式的配電控制柜．采用按鈕操作。由管理人員通過觀察污水狀態(tài)，人為地決定機組投人數(shù)量和各臺機組的投入負荷數(shù)。這種方式操作很不方便。且對操作員熟練程度的要求較高，所以工作效率不高。因此．急需自動化程度較高的控制系統(tǒng)來完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。
PLC即可編程控制器。使用PLC控制系統(tǒng)可以靈活地實現(xiàn)各種工作方式的控制和切換，例如可實現(xiàn)自動一手動、手動一自動的無擾動切換。這一點對紙廠污水系統(tǒng)的正常工作至關重要，自動方式下如PLC出現(xiàn)故障，可以手工保證機組運行，而且根據(jù)PLC的錯誤代碼可以較為方便地排除故障，簡化了維護工作。
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算作為人機界面，具有交互性好、可靠性高、編程簡單、與PLC聯(lián)結簡便等優(yōu)點。
2 污水處理流程
工業(yè)廢水的處理T藝。一般都是多個處理技術的組合。紙廠主要以廢紙為原料，因此廢水水質為廢紙造紙廢水。廢水中的主要成份是細小懸浮性纖維、造紙?zhí)盍稀U紙雜質和少量果膠、蠟、糖類，以及造紙生產(chǎn)過程中添加的各類有機及無機化合物。污染物質以控制漂洗混合廢水中的SS(懸浮固體)、BOD(生物化學需氧量)、COD(化學需氧量)和揮發(fā)酚等為主。
圖1是某造紙廠廢水的綜合處理系統(tǒng)。一級處理是廢水生化處理的準備工作，大量固體被篩網(wǎng)隔柵除去，并進行沉降。二級處理則是可溶的有機化合物的生物降解．將BOD5值由50～1000mg／L甚至更高，降到15mg／L以下。根據(jù)工藝和設計有5個調節(jié)沉淀池、3臺用作提升泵、2個SBR反應池進水電動閥、2臺加藥攪拌機、2臺計量泵。污水處理分為一級處理和二級處理。一級處理主要有以下幾步。
圖1 紙廠廠區(qū)污水處理典型流程
(1)格柵：去除粗大顆粒如塑料袋、樹枝、葉等。
(2)調節(jié)沉淀池：使各種污水、廢水在被送人主體處理構筑物之前，進行水量的均和調節(jié)。污水的二級處理主要有以下幾個環(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：整個系統(tǒng)中有兩處需投加藥劑。一處為控制廢水的pH值，設置一套加酸裝置；另一處為保證生物處理工藝對營養(yǎng)平衡的需求，投設N、P等營養(yǎng)鹽裝置。
(3)綜合樓：將PLC控制室、觸摸屏、現(xiàn)場電控、實驗室及值班室等均置于綜合樓內。在綜合樓可實現(xiàn)對紙廠污水過程自動化的監(jiān)視和控制并能提供良好的人機交互界面。圖形系統(tǒng)可以根據(jù)需要利用其圖形工具對工藝圖、動態(tài)曲線、歷史趨勢圖及表格進行動態(tài)或靜態(tài)顯示。報警系統(tǒng)提供在過程中出現(xiàn)的故障、操作狀態(tài)以及自動化過程中的綜合信息，幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)和處理危險情況。并記錄打印。
3 S7—300系列PLC的控制
污水處理采用PLC現(xiàn)場控制系統(tǒng)。根據(jù)污水處理的工藝流程，對污水處理控制系統(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負責污水一級、二級處理的自動控制任務。CPU型號為CPU314．計數(shù)器總數(shù)256。模擬量輸入模塊型號為SM331.8點模擬量輸入。數(shù)字量輸入模塊型號為SM321，可同時控制的輸入點數(shù)16個。PLC輸入／輸出擴展模塊選用SM323．參數(shù)是16輸入16輸出。
3.1 水質監(jiān)測
在各組構筑物及設備的進出13處放置儀表．檢測排人／出的污水的流量、溫度和pH值。將檢測的數(shù)值轉換為模擬量信號送到PLC控制器。如果流量、溫度和pH值在設定的范圍內．則自動運行；如果流量、溫度和pH值超出或低于設定的范圍．則會在觸摸屏上報警。工作人員在監(jiān)控中心通過觸摸屏對顯示畫面上的對應按鈕點擊來實現(xiàn)設備的開、停控制。
3.2 調節(jié)沉淀池的控制
(1)調節(jié)沉淀池過濾
調節(jié)沉淀池的運行模式有手動控制和自動控制兩種模式。在調節(jié)沉淀池的現(xiàn)場設一個獨立的操作臺，可對調節(jié)沉淀池的運行進行控制。調節(jié)沉淀池正常運行時，操作人員應將控制選擇在遠程自動控制方式，選擇足夠的調節(jié)沉淀池投入運行。
(2)調節(jié)沉淀池反沖洗
當調節(jié)沉淀池正常生產(chǎn)一段時間之后．就需要對調節(jié)沉淀池進行反沖洗，以去除濾料層的雜質。在反沖洗結束、過濾開始的時候，啟動計時器，時間到便開始反沖洗程序。調節(jié)沉淀池沖洗可以采用自動、半自動或手動控制。1#調節(jié)沉淀池反沖洗完畢后，置反沖洗完畢標志，只有當其他的2#-5#調節(jié)沉淀池都在進行反沖洗工作時．在反沖洗完畢信號和手動推出工作狀態(tài)信號才能清除1#調節(jié)沉淀池的工作標志和反沖洗標志。
3.3 提升泵和加藥裝置的控制
加藥裝置包括加藥計量泵和加藥攪拌機。提升泵和加藥裝置都有遠程手動和自動兩種控制模式。
3.4 系統(tǒng)運行
圖2所示是整個污水處理流程的總電氣系統(tǒng)結構圖。通過傳感器監(jiān)測水質的各個參數(shù)．通過通訊模塊了解各組設備的運行狀況，各組信號通過放大處理后進人PLE進行主控。
圖2 總控制原理框圖
4 程序流程圖設計
根據(jù)紙廠污水處理流程的設計要求，設計出主要的控制流程如圖3所示。根據(jù)本系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程，對格柵、調節(jié)沉淀池、提升水泵、加藥計量泵、加藥攪拌泵和SBR反應池等的控制對象的控制點進行分析，確定控制點。根據(jù)工藝流程和程序控制的流程要求，設計出以下的基本模塊程序： (1)各調節(jié)沉淀池的起停控制； (2)加藥系統(tǒng)控制； (3)SBR反應池進水電動閥控制； (4)真空泵的控制； (5)加藥計量泵的控制； (6)加藥攪拌機的控制； (7)對各模擬量信號的采集； (8)對各個調節(jié)沉淀池電動閥狀態(tài)的采集。
圖3 污水處理控制流程圖
5 觸摸屏控制
PLC與觸摸屏連接。操作人員通過觸摸屏可以直觀地觀測到當前水質的各項指標．檢查水質是否在設定的范圍值內。通過模擬量信號的傳輸，觸摸屏上集中顯示分散在現(xiàn)場的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)來確定是自動運行還是手動控制，根據(jù)現(xiàn)場設備運行狀況及工藝要求．發(fā)出主控指令傳達到現(xiàn)場。在觸摸屏上。操作人員可以觀察到污水處理的各組設備的自動運行狀態(tài)。如果需要手動控制時．操作人員可以通過觸摸屏直觀地對各組運行設備進行遠程控制。
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備，操作人員可以通過點擊各個設備切換到該設備的工況頁面進行詳細監(jiān)測。操作人員還可以通過“手動一自動”開關切換系統(tǒng)的操作方式。
圖4 “紙廠污水工藝流程監(jiān)控系統(tǒng)”界面
6 污水處理的水質指標
廢水經(jīng)治理后水質必須達到《造紙工業(yè)水污染物排放標準> (GB3544—2001)中制漿造紙關于非木漿本色造紙的標準。處理后水質較好，水質指標： (1)pH：7.5~7.93； (2)COD5：60mg／L； (3)SS：20mg／L； (4)BOD5：20mg／L。SS去除率高達97.24％，COD去除率達93％，BOD去除率達94.2％．廢水回用率達90％以上。
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