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(jī)組投人數(shù)量和各臺機(jī)組的投入負(fù)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(guān)重要，自動方式下如PLC出現(xiàn)故障，可以手工保證機(jī)組運(yùn)行，而且根據(jù)PLC的錯誤代碼可以較為方便地排除故障，簡化了維護(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算作為人機(jī)界面，具有交互性好、可靠性高、編程簡單、與PLC聯(lián)結(jié)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(shù)的組合。紙廠主要以廢紙為原料，因此廢水水質(zhì)為廢紙造紙廢水。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)過程中添加的各類有機(jī)及無機(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)計有5個調(diào)節(jié)沉淀池、3臺用作提升泵、2個SBR反應(yīng)池進(jìn)水電動閥、2臺加藥攪拌機(jī)、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。

　　(1)格柵：去除粗大顆粒如塑料袋、樹枝、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(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營養(yǎng)平衡的需求，投設(shè)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(nèi)。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(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工藝圖、動態(tài)曲線、歷史趨勢圖及表格進(jìn)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(fù)責(zé)污水一級、二級處理的自動控制任務(wù)。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(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

　　在各組構(gòu)筑物及設(shè)備的進(jìn)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(zhuǎn)換為模擬量信號送到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(yīng)按鈕點擊來實現(xiàn)設(shè)備的開、?？刂?。

　　3.2 調(diào)節(jié)沉淀池的控制

　　(1)調(diào)節(jié)沉淀池過濾

　　調(diào)節(jié)沉淀池的運(yùn)行模式有手動控制和自動控制兩種模式。在調(diào)節(jié)沉淀池的現(xiàn)場設(shè)一個獨立的操作臺，可對調(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，操作人員應(yīng)將控制選擇在遠(yuǎn)程自動控制方式，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)一段時間之后．就需要對調(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、過濾開始的時候，啟動計時器，時間到便開始反沖洗程序。調(diào)節(jié)沉淀池沖洗可以采用自動、半自動或手動控制。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．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(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量泵和加藥攪拌機(jī)。提升泵和加藥裝置都有遠(yuǎn)程手動和自動兩種控制模式。

　　3.4 系統(tǒng)運(yùn)行

　　整個污水處理流程的總電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通過傳感器監(jiān)測水質(zhì)的各個參數(shù)．通過通訊模塊了解各組設(shè)備的運(yùn)行狀況，各組信號通過放大處理后進(jìn)人PLE進(jìn)行主控。

4 程序流程圖設(shè)計

　　根據(jù)紙廠污水處理流程的設(shè)計要求，設(shè)計出主要的控制流程。根據(jù)本系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程，對格柵、調(diào)節(jié)沉淀池、提升水泵、加藥計量泵、加藥攪拌泵和SBR反應(yīng)池等的控制對象的控制點進(jìn)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(shè)計出以下的基本模塊程序： (1)各調(diào)節(jié)沉淀池的起停控制； (2)加藥系統(tǒng)控制； (3)SBR反應(yīng)池進(jìn)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(jī)的控制； (7)對各模擬量信號的采集； (8)對各個調(diào)節(jié)沉淀池電動閥狀態(tài)的采集。

5 觸摸屏控制

　　PLC與觸摸屏連接。操作人員通過觸摸屏可以直觀地觀測到當(dāng)前水質(zhì)的各項指標(biāo)．檢查水質(zhì)是否在設(shè)定的范圍值內(nèi)。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(yùn)行還是手動控制，根據(jù)現(xiàn)場設(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。在觸摸屏上。操作人員可以觀察到污水處理的各組設(shè)備的自動運(yùn)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(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，操作人員可以通過點擊各個設(shè)備切換到該設(shè)備的工況頁面進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測。操作人員還可以通過“手動一自動”開關(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。