PLC控制系统在电厂废水处理中的应用
1 引言
公司工程技术人员针对电厂生产废水处理的特点和工程实例，经过数百次的反复试验研究，成功研制一种新型、高效、低运行成本的处理工艺，并将该工艺应用于佛山市光明发电厂有限公司的污水处理中。经过一年多的调试运转，经检测，该工艺的各项指标均达到了国家污水综合排放标准GB 8978-1996中的一级排放标准。
由于污水处理的环境恶劣且一些工艺参数要求严格，在人工操作时，会因操作人员的错误判断而影响处理效果，甚至造成不可挽回的损失。因此在该工程中，我们设计了PLC自动控制系统，实现了污水处理过程的自动控制，工艺过程的操作和工艺参数显示均通过触摸屏实现，工作人员通过触摸屏设置好必要的参数后，只需监控处理过程，进行一些必要的干预。
2 污水处理工艺流程简介
电厂含油废水是由离心分离机脱水及维修设备时产生，废水的酸碱度变化大，水质的含油量变化大，乳化程度高，一般的处理系统受各种因素影响比较大(水量、含油量、酸碱度)，造成各项排放指标超标(电厂废水排放标准COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。以下介绍一种新型的处理工艺，其流程如图1所示。
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废水的处理过程:前级采用旋流分离器对含油废水进行预处理，它利用两种不相溶液体的比重差，在压差的条件下，产生高速旋转，使得密度高的水抛出，密度小的油溢出，实现油水的高效分离，它相对于自然重力沉降平流隔油高效得多，离心分离后能有效地除去大部分的浮重油，降低次级负荷(降低加药量)，次级采用竖流沉淀池进行破乳、絮凝沉淀，在竖流沉淀加药池的混凝方式是加药方向与被处理的废水相对流，保证充分、快速混凝。为配合发挥药物的最佳功效，采用特殊的控制方式响应系统各种因素的变化，通过絮凝沉淀完成对石油及SS的有效处理，后级采用氧化-过滤器对COD进行有效降解。系统的COD主要由维修分厂的废水产生，成分主要为芳烃族类，氧化—过滤器通过撞击流的方式，利用气水高速相撞，改变芳烃族类的理化特性，从而降解系统的COD。废水经过以上工艺处理后环保考核的主要三项指标COD、SS、含油率达到了国家一级排放标准(COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。
3 PLC控制系统结构
3.1 硬件结构
自控系统分为两级:上位监视级和下位控制级，如图2所示。监视级由一台日本Hakko公司的V606i型触摸屏和一台打印机组成，实现现场工作状态的同步监视，并可随时打印现场的运行数据。控制级由一台S7-200 CPU224 型可编程逻辑控制器(PLC)及一个模拟量采集模块EM 235、一个I/O扩展模块EM 223和触摸屏组成。其中，PLC用于流量采集、1＃、3＃计量泵的输出信号处理和反洗水泵、搅拌泵、空压机、抽水泵的控制;EM 235用于PH计的信号输入和2＃计量泵的输出信号处理;EM223用于水位信号采集和漩流分离器、撞击流装置的控制;触摸屏除了提供监视功能，也具有控制功能，可通过它设定参数及实现对每个系统设备的单独控制。触摸屏和PLC之间通过RS-442/485转换线通信。
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3.2 软件构成
S7-200型PLC的组态编程采用STEP 7软件，该软件基于WIN32或以上版本，具有在PC上对S7-200控制系统进行常规配置、程序编辑、编译及反编译、监控和在线命令等功能。V606i型触摸屏的编程采用V-SFT软件设计，这是HAKKO公司V6系列触摸屏用户画面的专用软件。它运行于Windows 95/98/NT操作系统，仅需指定PLC的型号，当向V6下载画面数据时，对应的PLC通讯程序就会自动下载到V6中，因此两者之间的兼容不存在任何问题。
4 PLC控制系统的功能
为提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、在线监视、故障显示报警、生成报表等基本功能。
4.1 生产过程自动控制
本控制系统的检测仪表为多种类、在线连续检测，其中包括液位、流量、pH值的测量和控制。pH计测量的4～20mA信号和流量计的脉冲信号输入PLC，经程序运算处理后传输至触摸屏监视和打印，并通过程序里的公式运算，分别输出高速脉冲和4～20mA信号至两个计量泵，进行污水的絮凝剂PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙稀酰胺)的自动调节。检测仪表的控制信号(液位上下限)送至PLC参与系统的逻辑控制。主要控制回路介绍如下:
含油废水一般是中性的，pH值在6～8之间，但当维修车间清洗时，废水将带有碱性，如果pH值超过9，将会对废水的絮凝效果产生影响，所以要加酸中和，将污水的pH值调节至6.5～7.5。另外，PAC和PAM的加入也必须按一定的顺序和比例，才能达到好的絮凝效果。
综上所述，影响污水处理效果的主要调节回路有污水加酸中pH值的控制和PAC、PAM加入量的控制，现分别加以详细说明。
(1) 污水的pH值调节
我们选用了一台台湾JENCO公司生产的3675 型工业式酸度/氧化还原测试仪对pH进行控制。这种控制器除实现pH值检测外，还具备两组开关控制输出(上下限报警)和pH值讯号输出(4~20mA)。我们可通过控制器设定pH值的上下限，将两组开关控制信号输出至PLC，通过程序运算，输出信号，控制3＃计量泵的开停。另外，也可以通过触摸屏上设计的按钮，直接控制3＃计量泵，实现pH值的手动调节。pH值讯号(4~20mA)输出至PLC，经程序换算为数值在触摸屏上显示。
(2) PAC、PAM加入量的控制
由于选用的是日本TACMINA公司的PZi4型计量泵，它可以接收模拟量或脉冲量信号控制，因此，我们首先将涡轮流量计的脉冲信号输入PLC，通过程序内高速计数器计算脉冲数和公式换算,得出PAC、PAM的加药量，再通过程序进行数模转换，由PLC和扩展模块分别输出脉冲信号和模拟量信号来控制1＃、2＃计量泵，使PAC、PAM可以随着流量的连续变化而变化，从而使污水处理效果稳定、高效。另外，通过触摸屏可以设定相关参数，或通过界面上内置的高值、中值、低值三个按钮方便快捷地改变参数，还可以在触摸屏上直接输入加药量，对系统进行调控，实现加药量的手动调节。加药量经程序换算为数值在触摸屏上显示。
4.2 在线监视、报警功能
对系统运行参数、水位状态、设备状态、各种越限报警信号，进行实时监测、处理、记录和显示。
(1) 工艺图的切换
PLC和触摸屏的程序开发时，在触摸屏的屏幕上可以显示动态的工艺流程图和8个子界面，在这些界面上可以显示现场设备的运行状况、仪表检测数据，以及某些工艺参数的变化趋势、历史记录。操作人员可以直接在触摸屏上了解处理系统的运行状态，并且可以随时切换每个界面，调整工艺参数和对自控系统进行干预。
(2) 工作流程的自动监控
现场操作人员可在触摸屏上设置各项参数，操作水泵、设备，实现流程的监视、选择流程的启动和停止。另外，触摸屏程序组态了扇形图和柱状图显示流量和pH值数据，并将数据记录在历史趋势图中，以更直观地观测生产数据和分析运行过程。
(3) 越限报警
控制系统对生产中出现的负载故障和控制参数越限(如pH值超过上限)有声光报警功能，以引起操作人员注意，及时采取措施排除故障，从而使生产恢复正常。
4.3 报表功能
为将污水处理情况记录下来，可根据需要由操作人员通过触摸屏的打印输出功能，将里面的一些重要检测数据和历史趋势图打印出来。
5 结束语
从近一年的运行情况来看，该控制系统完全满足电厂污水处理工艺的要求，提高了处理效率，降低了工人的劳动强度和运行成本，体现了污水处理站的现代化水平，具有和工艺成套应用及推广的价值。
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