PLC控制系統在電廠廢水處理中的應用

1 引言
公司工程技術人員針對電廠生產廢水處理的特點和工程實例，經過數百次的反復試驗研究，成功研制一種新型、高效、低運行成本的處理工藝，并將該工藝應用于佛山市光明發電廠有限公司的污水處理中。經過一年多的調試運轉，經檢測，該工藝的各項指標均達到了國家污水綜合排放標準GB 8978-1996中的一級排放標準。
由于污水處理的環境惡劣且一些工藝參數要求嚴格，在人工操作時，會因操作人員的錯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，我們設計了PLC自動控制系統，實現了污水處理過程的自動控制，工藝過程的操作和工藝參數顯示均通過觸摸屏實現，工作人員通過觸摸屏設置好必要的參數后，只需監控處理過程，進行一些必要的干預。

2 污水處理工藝流程簡介
電廠含油廢水是由離心分離機脫水及維修設備時產生，廢水的酸堿度變化大，水質的含油量變化大，乳化程度高，一般的處理系統受各種因素影響比較大(水量、含油量、酸堿度)，造成各項排放指標超標(電廠廢水排放標準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:前級采用旋流分離器對含油廢水進行預處理，它利用兩種不相溶液體的比重差，在壓差的條件下，產生高速旋轉，使得密度高的水拋出，密度小的油溢出，實現油水的高效分離，它相對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，降低次級負荷(降低加藥量)，次級采用豎流沉淀池進行破乳、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流，保證充分、快速混凝。為配合發揮藥物的最佳功效，采用特殊的控制方式響應系統各種因素的變化，通過絮凝沉淀完成對石油及SS的有效處理，后級采用氧化-過濾器對COD進行有效降解。系統的COD主要由維修分廠的廢水產生，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，從而降解系統的COD。廢水經過以上工藝處理后環保考核的主要三項指標COD、SS、含油率達到了國家一級排放標準(COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。

3 PLC控制系統結構
3.1 硬件結構
自控系統分為兩級:上位監視級和下位控制級，如圖2所示。監視級由一臺日本Hakko公司的V606i型觸摸屏和一臺打印機組成，實現現場工作狀態的同步監視，并可隨時打印現場的運行數據。控制級由一臺S7-200 CPU224 型可編程邏輯控制器(PLC)及一個模擬量采集模塊EM 235、一個I/O擴展模塊EM 223和觸摸屏組成。其中，PLC用于流量采集、1＃、3＃計量泵的輸出信號處理和反洗水泵、攪拌泵、空壓機、抽水泵的控制;EM 235用于PH計的信號輸入和2＃計量泵的輸出信號處理;EM223用于水位信號采集和漩流分離器、撞擊流裝置的控制;觸摸屏除了提供監視功能，也具有控制功能，可通過它設定參數及實現對每個系統設備的單獨控制。觸摸屏和PLC之間通過RS-442/485轉換線通信。

3.2 軟件構成
S7-200型PLC的組態編程采用STEP 7軟件，該軟件基于WIN32或以上版本，具有在PC上對S7-200控制系統進行常規配置、程序編輯、編譯及反編譯、監控和在線命令等功能。V606i型觸摸屏的編程采用V-SFT軟件設計，這是HAKKO公司V6系列觸摸屏用戶畫面的專用軟件。它運行于Windows 95/98/NT操作系統，僅需指定PLC的型號，當向V6下載畫面數據時，對應的PLC通訊程序就會自動下載到V6中，因此兩者之間的兼容不存在任何問題。

4 PLC控制系統的功能
為提高處理效率，減輕工人的勞動強度，保證設備正常運行，PLC控制系統具有生產過程自動控制、在線監視、故障顯示報警、生成報表等基本功能。
4.1 生產過程自動控制
本控制系統的檢測儀表為多種類、在線連續檢測，其中包括液位、流量、pH值的測量和控制。pH計測量的4～20mA信號和流量計的脈沖信號輸入PLC，經程序運算處理后傳輸至觸摸屏監視和打印，并通過程序里的公式運算，分別輸出高速脈沖和4～20mA信號至兩個計量泵，進行污水的絮凝劑PAC(聚合氯化鋁)和PAM(聚丙稀酰胺)的自動調節。檢測儀表的控制信號(液位上下限)送至PLC參與系統的邏輯控制。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，但當維修車間清洗時，廢水將帶有堿性，如果pH值超過9，將會對廢水的絮凝效果產生影響，所以要加酸中和，將污水的pH值調節至6.5～7.5。另外，PAC和PAM的加入也必須按一定的順序和比例，才能達到好的絮凝效果。
綜上所述，影響污水處理效果的主要調節回路有污水加酸中pH值的控制和PAC、PAM加入量的控制，現分別加以詳細說明。
(1) 污水的pH值調節
我們選用了一臺臺灣JENCO公司生產的3675 型工業式酸度/氧化還原測試儀對pH進行控制。這種控制器除實現pH值檢測外，還具備兩組開關控制輸出(上下限報警)和pH值訊號輸出(4~20mA)。我們可通過控制器設定pH值的上下限，將兩組開關控制信號輸出至PLC，通過程序運算，輸出信號，控制3＃計量泵的開停。另外，也可以通過觸摸屏上設計的按鈕，直接控制3＃計量泵，實現pH值的手動調節。pH值訊號(4~20mA)輸出至PLC，經程序換算為數值在觸摸屏上顯示。
(2) PAC、PAM加入量的控制
由于選用的是日本TACMINA公司的PZi4型計量泵，它可以接收模擬量或脈沖量信號控制，因此，我們首先將渦輪流量計的脈沖信號輸入PLC，通過程序內高速計數器計算脈沖數和公式換算,得出PAC、PAM的加藥量，再通過程序進行數模轉換，由PLC和擴展模塊分別輸出脈沖信號和模擬量信號來控制1＃、2＃計量泵，使PAC、PAM可以隨著流量的連續變化而變化，從而使污水處理效果穩定、高效。另外，通過觸摸屏可以設定相關參數，或通過界面上內置的高值、中值、低值三個按鈕方便快捷地改變參數，還可以在觸摸屏上直接輸入加藥量，對系統進行調控，實現加藥量的手動調節。加藥量經程序換算為數值在觸摸屏上顯示。
4.2 在線監視、報警功能
對系統運行參數、水位狀態、設備狀態、各種越限報警信號，進行實時監測、處理、記錄和顯示。
(1) 工藝圖的切換
PLC和觸摸屏的程序開發時，在觸摸屏的屏幕上可以顯示動態的工藝流程圖和8個子界面，在這些界面上可以顯示現場設備的運行狀況、儀表檢測數據，以及某些工藝參數的變化趨勢、歷史記錄。操作人員可以直接在觸摸屏上了解處理系統的運行狀態，并且可以隨時切換每個界面，調整工藝參數和對自控系統進行干預。
(2) 工作流程的自動監控
現場操作人員可在觸摸屏上設置各項參數，操作水泵、設備，實現流程的監視、選擇流程的啟動和停止。另外，觸摸屏程序組態了扇形圖和柱狀圖顯示流量和pH值數據，并將數據記錄在歷史趨勢圖中，以更直觀地觀測生產數據和分析運行過程。
(3) 越限報警
控制系統對生產中出現的負載故障和控制參數越限(如pH值超過上限)有聲光報警功能，以引起操作人員注意，及時采取措施排除故障，從而使生產恢復正常。
4.3 報表功能
為將污水處理情況記錄下來，可根據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數據和歷史趨勢圖打印出來。

5 結束語
從近一年的運行情況來看，該控制系統完全滿足電廠污水處理工藝的要求，提高了處理效率，降低了工人的勞動強度和運行成本，體現了污水處理站的現代化水平，具有和工藝成套應用及推廣的價值。