1 引言
某聚酯廠的主要產(chǎn)品為PET(聚酯切片)、滌綸長(zhǎng)纖維產(chǎn)品，生產(chǎn)裝置排出廢水中含高濃度苯系物、油劑和殘?jiān)?COD指標(biāo)高,生化性差。另外生產(chǎn)裝置多、工藝過(guò)程中的變化,使得污水的排量和成分變化較大,污水處理的難度大。
該公司的污水處理裝置采用針對(duì)高濃度有機(jī)廢水生物處理的難題,采用水解—好氧循環(huán)一體化處理工藝。水解和好氧過(guò)程反應(yīng)時(shí)間較短、處理效果好。工藝流程見圖1。

圖1 聚酯廢水處理工藝流程

車間高濃度污水經(jīng)管道流入污水處理廠的集水井中，經(jīng)一沉池泥沙沉淀后進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)pH值后，在水解池中利用微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行初級(jí)分解，將廢水中不溶性的固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì)、難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的物質(zhì)，改善污水的可生化性。水解生物處理廢水COD去除率一般在30%~40%。低濃度污水進(jìn)入溢流池，補(bǔ)充污水中氮、磷量，滿足微生物生化對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求。一、二級(jí)生化池中生物膜與污水充分接觸，吸附氧化污水中的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)合成新細(xì)胞物質(zhì)，曝氣系統(tǒng)提供微生物所需氧氣。老化脫落的生物膜隨混合液進(jìn)入二沉池泥液分離，處理后污水排出廠區(qū)。

2 污水處理自控系統(tǒng)原理
聚酯廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)由西門子S7-200PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)儀表監(jiān)控系統(tǒng)組成。現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)以組態(tài)王作為人機(jī)界面，通過(guò)RS-232與PLC通信。實(shí)現(xiàn)污水處理的各水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的控制;過(guò)程參數(shù)在線檢測(cè)、顯示和調(diào)節(jié);數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、歷史趨勢(shì)記錄等功能。遠(yuǎn)程上位機(jī)通過(guò)RS-485由監(jiān)控軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)工作原理如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)框圖

2.1 控制系統(tǒng)工作原理
(1) 污水調(diào)節(jié)池自控系統(tǒng)
液位控制。調(diào)節(jié)池A、B各有1臺(tái)自吸泵，通過(guò)兩調(diào)節(jié)池的上、下限浮球液位開關(guān)控制自吸泵的啟動(dòng)停止，滿足進(jìn)水總流量和水解池水解工藝要求。指示燈、顯示屏顯示調(diào)節(jié)池的液位、自吸泵的運(yùn)行狀態(tài)。
PH值閉環(huán)控制。兩調(diào)節(jié)池各有一套PH值閉環(huán)控制系統(tǒng),滿足污水水解和生化處理工藝的要求。在線PH檢測(cè)儀EC310精確監(jiān)測(cè)與顯示PH值，檢測(cè)儀輸出4-20mA信號(hào)送PLC進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，控制變頻器輸出、堿加藥泵流量，實(shí)現(xiàn)PH值變頻閉環(huán)控制與監(jiān)控。本系統(tǒng)pH值的控制目標(biāo)調(diào)整為5.5~6.5。
(2) 溢流池控制系統(tǒng)
氮磷加藥泵控制。溢流池的2臺(tái)加藥泵添加氮、磷，滿足污水生化工藝的要求，加藥泵有手動(dòng)/自動(dòng)控制兩種方式。自動(dòng)控制用于系統(tǒng)總流量穩(wěn)定條件時(shí)定時(shí)控制，定時(shí)長(zhǎng)短可以通過(guò)工控機(jī)組態(tài)界面設(shè)定。手動(dòng)控制根據(jù)生化池污水氮、磷的含量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行。
循環(huán)泵控制。溢流池有2臺(tái)循環(huán)泵，將處理后污水送生化池。循環(huán)泵可手動(dòng)/自動(dòng)控制，一用一備、故障自動(dòng)切換。
(3) 生化池自控系統(tǒng)
溶解氧含量控制。兩生化池各有一套氧含量閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由鼓風(fēng)曝氣裝置(鼓風(fēng)機(jī)，供風(fēng)管，曝氣管)、電磁閥、溶解氧傳感器與變頻器組成。DC-1200型在線溶解氧測(cè)試儀直接輸出4-20mA的電流，送PLC，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)、控制變頻器、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使溶解氧保持在工藝要求的范圍之內(nèi)，并降低鼓風(fēng)機(jī)電耗。
潛污泵的控制。生化池2臺(tái)潛污泵將處理后泥液送二沉池。潛污泵可手動(dòng)/自動(dòng)控制，自動(dòng)控制由生化池上、下限浮球液位開關(guān)控制啟動(dòng)停止間隔，滿足進(jìn)水總流量和生化工藝要求。
(4) 沉砂、污泥處理控制系統(tǒng)
●沉池刮泥機(jī)控制
刮泥機(jī)的控制有手動(dòng)/自動(dòng)兩種方式，自動(dòng)控制由PLC按工藝要求，定時(shí)控制。
●沉池自控系
2臺(tái)回流泵(一用一備)將二沉池活性污泥回流生化池。回流泵可手動(dòng)/自動(dòng)控制、故障自動(dòng)切換。1臺(tái)刮泥機(jī)可手動(dòng)/自動(dòng)控制。
●沉淀池濃縮泵控制
2臺(tái)濃縮泵(一用一備)將沉淀池污泥送壓濾機(jī)，濃縮泵可手動(dòng)/自動(dòng)控制、故障自動(dòng)切換。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
聚酯廢水處理控制系統(tǒng)由工控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、PLC程序控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三大部分組成。硬件結(jié)構(gòu)由一臺(tái)PLC控制柜、一臺(tái)變頻器柜與一臺(tái)集中控制操作臺(tái)構(gòu)成。
監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)選用研華IPC-610工控機(jī)，128M內(nèi)存，10G硬盤，17寸彩色顯示器，WINDOWSXP操作系統(tǒng)。外接打印機(jī)，打印報(bào)表。
PLC選用西門子S7-200微小型PLC系列。中央處理單元為CPU226。根據(jù)系統(tǒng)I/0點(diǎn)數(shù)及其特性，配置如下的模塊:兩模擬量輸入EM235模塊，提供具有12位分辨率的6路模擬量輸入通道，用于PH值、溶解氧含量、液位傳感器等輸入;4路模擬量輸出通道，用于變頻器模擬量給定。四數(shù)字量輸入EM223模塊，提供總數(shù)為88路開關(guān)量輸入通道;供控制柜開關(guān)/按鈕、變頻器運(yùn)行狀態(tài)、液位傳感器等開關(guān)信號(hào)輸入;供總數(shù)為60路的開關(guān)量輸出通道，用于泵、變頻器、電磁閥、繼電器、指示燈和報(bào)警器等電器設(shè)備的控制。
變頻器采用三菱FR-E520/ FR-F540系列變頻器，堿加藥泵0.7kW、風(fēng)機(jī)11kW。該污水處理系統(tǒng)的日處理水量不斷變化,由于在控制中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，提高了加藥量、溶解氧量控制精度，在一定程度上解決工程實(shí)際與前期設(shè)計(jì)之間的偏差，更好地滿足工藝流程的需要，并且減少了泵的啟停次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
3.1 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)
PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、泵起動(dòng)程序、泵自動(dòng)切換程序、故障診斷顯示報(bào)警程序等構(gòu)成。
(1) 系統(tǒng)初始化程序
系統(tǒng)的初始化，對(duì)模擬量(PH值、溶解氧量)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，PH值給定、溶解氧含量、電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)。考慮到外界干擾對(duì)PH值、溶解氧量等輸入信號(hào)的影響,采用加權(quán)平均法對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)字濾波。
(2) 泵電機(jī)起動(dòng)程序
泵電機(jī)分手動(dòng)/自動(dòng)方式，手動(dòng)運(yùn)行由控制柜開關(guān)/按鈕、工控機(jī)、廠總控制室計(jì)算機(jī)控制。自動(dòng)運(yùn)行由PLC按工藝定時(shí)控制，定時(shí)長(zhǎng)短可以通過(guò)工控機(jī)組態(tài)界面設(shè)定;同時(shí)運(yùn)行PH值PI調(diào)節(jié)子程序、溶解氧量PI調(diào)節(jié)子程序。
(3) 泵切換程序
一用一備同組泵間(循環(huán)泵、污泵、濃縮泵、回流泵)的切換分自動(dòng)切換/手動(dòng)切換。自動(dòng)切換根據(jù)泵運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)完成同組泵間的切換，自動(dòng)啟動(dòng)化工泵運(yùn)行。手動(dòng)切換根據(jù)控制柜控制按鈕、監(jiān)控界面控件控制泵運(yùn)行。
(4) 故障診斷顯示報(bào)警程序
變頻器故障診斷、泵故障診斷、自動(dòng)切換并聲光報(bào)警。系統(tǒng)中設(shè)有多級(jí)保護(hù)，根據(jù)故障性質(zhì)，軟故障聲光報(bào)警，硬故障自動(dòng)停機(jī)，保證設(shè)備安全運(yùn)行。
3.2 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)
PLC子程序設(shè)計(jì)共包括四個(gè)子程序:模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、PH值智能PI調(diào)節(jié)子程序、溶解氧含量智能PI調(diào)節(jié)子程序。
智能PI調(diào)節(jié)子程序，用PLC內(nèi)部定時(shí)中斷控制，定時(shí)時(shí)間到，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，并將運(yùn)算結(jié)果送給模擬量輸出模塊即變頻器頻率設(shè)定端的信號(hào)模擬量值。
基于PLC的積分分離智能PI調(diào)節(jié)、編程簡(jiǎn)單、控制可靠，適合于污水處理PH值、溶解氧含量控制，實(shí)踐表明系統(tǒng)控制穩(wěn)定、精度高，完全滿足聚酯廠污水處理工藝要求。基于PLC的積分分離pH值控制部分相關(guān)的程序清單如下所示。
LD M10.0
系統(tǒng)正常、進(jìn)入PID控制程序;
LPS
MOVR VD500, VD100
VD500(000通道數(shù)據(jù)歸一化后的值)送VD100
LDR> VD500, VD504
若高于積分分離上限
OR< VD500, VD508
或低于下限;
ALD
MOVR 9999.0, VD120
去積分。
LPP
PID VB100, 0
作PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)PI控制。
MOVR VD108, AC0
*R 32000.0, AC0
把運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為工程值
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
MOVW AC0, AQW0
輸出送AQW02端口，控制變頻器
3.3 系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的開發(fā)
(1) 污水處理監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)
監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)顯示污水處理工作流程、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)(變頻器、泵電機(jī)、電磁閥)、PH值、溶解氧量、液位、泵的工作狀態(tài)及示流。操作人員可以根據(jù)流程畫面來(lái)分析污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。主監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3 主監(jiān)控畫面

(2) 用戶口令配置
操作人員想進(jìn)行控制，則必須輸入用戶名稱和口令，當(dāng)該用戶名稱和口令是系統(tǒng)配置所允許的時(shí)候，控件才能起作用。
(3) 報(bào)警與報(bào)警記錄
在污水處理自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，變頻器與泵正常工作保證了系統(tǒng)運(yùn)行可靠。利用其工作狀態(tài)窗口復(fù)合報(bào)警窗口控件，當(dāng)相應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，PLC將信號(hào)送給工控機(jī)，滿足報(bào)警條件，顯示報(bào)警。
(4) 趨勢(shì)曲線
對(duì)于污水處理PH值、溶解氧含量等重要參數(shù)，用趨勢(shì)曲線來(lái)表示，趨勢(shì)曲線分為實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線。
(5) 參數(shù)設(shè)置
污水處理PH值、溶解氧控制采用智能型PI分離調(diào)節(jié)器具有參數(shù)自調(diào)整能力，可適應(yīng)各種復(fù)雜的工況。PI分離調(diào)節(jié)器，積分分離限在上層的組態(tài)軟件中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
4 結(jié)束語(yǔ)
污水處理自動(dòng)控制裝置是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)、畫面制作顯示技術(shù)和數(shù)據(jù)管理報(bào)表制作技術(shù)于一體的計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng);系統(tǒng)將高性能高可靠工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)、可編程控制器(PLC)、變頻器和各類現(xiàn)場(chǎng)儀表有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各部分信息的共享和協(xié)調(diào)工作，從而完成綜合測(cè)控與管理功能。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行表明:系統(tǒng)控制方案合理、運(yùn)行可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。采用智能型PI分離調(diào)節(jié)器溶解氧穩(wěn)定在2±0.3mg/L，利用變頻器調(diào)節(jié)可節(jié)能25%;采用變頻器進(jìn)行PH值控制方案先進(jìn),PH值控制精度能穩(wěn)定在5.5±0.2,運(yùn)行穩(wěn)定有效，滿足生化反應(yīng)條件,節(jié)約了中和劑安裝維護(hù)方便。控制系統(tǒng)軟件功能齊全，人機(jī)界面友好，使用方便，具有一定推廣價(jià)值。