西門子S7-200PLC在制糖業(yè)CASS工藝污水處理系統(tǒng)中的應用

葉遠堅 周麗琴

1.廣西大學電氣工程學院 530004 2.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 5300073.廣西電力職業(yè)技術(shù)學院 530007

1 引言

近幾年以來，中國糖業(yè)快速發(fā)展，成為世界第三產(chǎn)糖大國。由于產(chǎn)糖量的增加，污水的排放量也不斷增加，引起的環(huán)境污染日益嚴重。目前，國家加大了環(huán)境保護的力度，各地的制糖企業(yè)也順應國家治理環(huán)境的大潮，自覺加大了對糖廠污水處理建設方面的投資力度。云南省鎮(zhèn)康縣南華勐堆糖業(yè)公司污水處理廠加大力度建設糖業(yè)污水處理項目，以西門子S7-200系列PLC為核心，構(gòu)建自動控制系統(tǒng)，控制糖業(yè)污水的處理過程，提高糖廠污水的水質(zhì)，達到節(jié)能減排的目的。

2 工藝概況

2.1 CASS工藝簡介

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是間歇運行的循環(huán)式活性污泥法，是近幾年來國際上公認處理生活污水和工業(yè)污水的較好工藝。CASS工藝的運行模式由進水、曝氣、沉淀和潷水四個階段組成,從進水到潷水結(jié)束作為一個周期。每個CASS反應器由三個區(qū)域組成，即生物選擇區(qū)、氧區(qū)和主反應區(qū)。

2.2 CASS工藝流程

制糖廢水排到污水處理站，首先是由格柵池把污水中的漂浮物阻攔下來，然后污水流到調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池檢測液位高度（如果污水或者水量太大就先把污水排到事故池里閑置一下后再處理），液位高度到達后通過提升泵抽到冷卻塔（污水溫度高，就開啟冷卻塔對糖業(yè)污水降溫），流到配水槽，經(jīng)過虹吸到CASS池，邊進水邊曝氣，曝氣完成，然后沉淀，最終排水。CASS工藝流程如下1所示。

圖1 CASS工藝流程圖

3 CASS工藝污水處理自動控制系統(tǒng)的方案

CASS工藝污水處理的自動控制方案的主要依據(jù)是CASS工藝處理污水的工藝流程特點。CASS工藝處理污水的自動控制主要是根據(jù)CASS工藝污水處理的反應時間控制，即對CASS工藝處理污水的進水、曝氣、沉淀、潷水這四個階段所需要的時間進行時間順序的自動控制；在調(diào)節(jié)池和CASS池中配以液位程序控制。

4 CASS工藝污水處理的自動控制系統(tǒng)總體設計

CASS工藝污水處理的自動控制系統(tǒng)主要硬件構(gòu)成有：一套低壓控制柜、一臺研華工業(yè)控制計算機、以及兩臺電源。CASS工藝污水處理的自動控制系統(tǒng)核心控制器采用西門子S7-200 PLC（安裝于低壓控制柜內(nèi)）同時包含研華610工業(yè)控制電腦、后備電源、小型斷路器、220VAC/24DC開關(guān)電源、微型繼電器等輔助設備。軟件部分主要采用了西門子S7-200PLC編程軟件（STEP7-Micro/WIN V4.0SP6）和亞控公司的組態(tài)王6.53監(jiān)控軟件512點的配合使用。

4.1 硬件部分

PLC的選型及測點配置。通過對自動控制系統(tǒng)所要檢測的數(shù)字量輸入點數(shù)進行統(tǒng)計后最后得出47個，所要檢測的模擬量輸入點數(shù)4個，對控制設備的數(shù)字量輸出點數(shù)27個。通過統(tǒng)計以上檢測的數(shù)字量輸入、模擬量輸入和數(shù)字量輸出后作為選擇PLC的基本依據(jù)，在正常情況下，都會為PLC增加20%余量作為擴展使用，數(shù)字量輸入47×1.2≈56點，模擬量輸入4×1.2≈5點最后模擬量選擇8個點，數(shù)字量輸出27×1.2≈32點。因為數(shù)字量輸入輸出點數(shù)合計86個點，模擬量輸入合計8個點，最后決定選擇整體式的西門子S7-200CN型PLC配合以相應的功能模塊構(gòu)成。整個系統(tǒng)的核心由西門子226主機6ES7216-2AD23-0XB8（包含24DI/16DO）一臺、數(shù)字量擴展模塊16點DC輸入/16點DC輸出模塊6ES7223-1BL22-0XA8一塊、數(shù)字量擴展模塊16點DC輸入模塊6ES7221-1BH22-0XA8一塊、模擬量4輸入模塊6ES7231-0HC22-0XA8兩塊組成。

工業(yè)控制計算機采用研華IPC-610-L的主機箱一臺，采用了Intel core2.0處理器、內(nèi)存2G、硬盤500G的配置。后備電源采用了深圳山特C3K/30,3KVA在線式UPS一臺。

4.2 軟件部分

PLC的編程軟件采用的是西門子S7-200PLC編程軟件（STEP7-Micro/WIN V4.0SP6），主要實現(xiàn)對CASS工藝污水處理過程的編程，可以對程序進行調(diào)試和測試，并可在程序運行時進行監(jiān)視，能夠及時了解編程中出現(xiàn)的錯誤。

組態(tài)軟件采用了亞控公司的組態(tài)王6.53。該軟件容易學習和使用，功能齊備，具有可視化的操作界面；可以自動建立輸入輸出點，但是它是按外部和內(nèi)部點一起計算控制點數(shù)的，而不是按外部點來計算的；能夠?qū)崿F(xiàn)分布式存儲報警和歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對污水處理整個處理流程的監(jiān)控，具有實時趨勢監(jiān)控的能力，并且對整個處理過程可實現(xiàn)全面報警功能。

針對勐堆南華糖業(yè)公司污水處理站處理污水的特點，設計和制作了相應的組態(tài)界面，如監(jiān)控系統(tǒng)的登錄界面（包含了用戶的登錄退出、創(chuàng)建、修改密碼、退出系統(tǒng)等功能），公共頁面界面（主要功能是進行各個頁面的切換與故障發(fā)生時的復位清除等），工藝流程圖界面（提供一個簡易的CAD流程圖界面，使操作者能對整個污水處理的工藝流程有所了解），監(jiān)控總圖界面（窗口就是日常進行監(jiān)控的主要畫面，其中包含了電機狀態(tài)的查看、啟停方式、程控設定、故障提示、液位流量顯示等），總體監(jiān)控畫面如圖2所示。監(jiān)控總圖中包含了所有需要啟停的設備，包含泵、風機、電磁閥，均有對應的位置；電機顯示狀態(tài)在監(jiān)控圖中各個相應的設備的中部，其中紅色代表停止、綠色代表運行、黃色代表故障（此故障為電機的一般過載故障）；液位顯示在對應池子的圖符中；程控設定在最左邊的自控顯示窗口中，點擊參數(shù)設置設定；故障顯示窗口在左上角處，以下詳解。還有其他的分控界面，如設備控制畫面、液位設定窗口、報警提示、程控設定、參數(shù)設定、控制頁面、報表頁面、報警頁面、曲線頁面等。

圖2 監(jiān)控總圖界面

5 結(jié)束語

本套系統(tǒng)在云南鎮(zhèn)康縣南華勐堆糖業(yè)有限公司污水處理中投入運行后，穩(wěn)定可靠，設備運行正常，操作人員在污水處理控制中心進行監(jiān)控操作，降低了操作人員的勞動強度，提高了污水處理設備的利用率和操作人員的勞動效率以及安全度，保證了處理后的污水的水質(zhì)，達到了預期的目的，為客戶提供了節(jié)能、高效的污水處理系統(tǒng)。

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