PLC在造紙廢水處理SBR工藝中的應(yīng)用

崔繼仁+張艷麗+肖雪飛+李建輝+王鹍+牟曉楓

（1.佳木斯大學(xué) a.信息電子技術(shù)學(xué)院； b.機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；2.湯原亞龍漿紙有限公司，黑龍江 佳木斯154000）

[摘 要] 根據(jù)造紙廢水處理SBR工藝的實(shí)際需求，給出了監(jiān)控系統(tǒng)的組成和PLC控制站的硬件組態(tài)及主機(jī)I/O配置，并設(shè)計(jì)出SBR池生化反應(yīng)進(jìn)程時(shí)序圖和SBR池單個(gè)周期控制流程圖。

[關(guān)鍵詞] 造紙廢水；SBR；PLC；控制流程

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 07. 070

[中圖分類號(hào)] TP311；X703 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）07- 0146- 04

0 SBR工藝

按照廢水中污染物質(zhì)去除的機(jī)理，造紙廢水處理設(shè)施采取分段的設(shè)計(jì)形式，不同單元分別用于去除廢水中以漂浮、懸浮及溶解形式存在的污染物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)變可以分離的形式?，F(xiàn)代典型的造紙廢水處理系統(tǒng)包括預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理、三級(jí)處理、消毒處理、固體排放物處理。

二級(jí)處理中以活性污泥法處理系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛，其原理是利用好氧微生物的新陳代謝作用，降解污染物質(zhì)，產(chǎn)生的降解產(chǎn)物以活性污泥形式與水分離，達(dá)到凈化的效果。見圖1所示活性污泥法廢水處理的典型流程。

SBR（Sequencing Batch Reactor）即序批式反應(yīng)器，是一種間歇式活性污泥處理系統(tǒng)。它是一種經(jīng)濟(jì)高效、簡(jiǎn)單實(shí)用及功能靈活的生化處理工藝，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外市政污水處理和造紙廢水處理等領(lǐng)域。

SBR系統(tǒng)中，所有活性污泥系統(tǒng)具備的流程，包括生物選擇、曝氣、沉降、污泥循環(huán)和澄清等都在一個(gè)池內(nèi)完成。典型的SBR工藝通常包括4個(gè)階段：進(jìn)水階段、反應(yīng)階段、沉淀階段、排放階段。這4個(gè)階段都在SBR池內(nèi)完成，從第一次進(jìn)水到第二次進(jìn)水稱為一個(gè)工作周期。

1 監(jiān)控系統(tǒng)

在本文研究的SBR法生化反應(yīng)造紙廢水處理監(jiān)控控制系統(tǒng)中，選用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣網(wǎng)絡(luò)配置形式， 由上位監(jiān)控的工控機(jī)、主控PLC、遠(yuǎn)程I/O組成。通過PROFIBUS-DP總線鏈接鼓風(fēng)機(jī)控制PLC、變頻器以及工藝中應(yīng)用的智能儀器儀表、智能傳感器等。如圖2所示。

系統(tǒng)的主要功能有：

（1） 上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)SBR法生化反應(yīng)工藝流程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來，記錄在線檢測(cè)的參數(shù)，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)布和預(yù)報(bào)運(yùn)行情況，實(shí)施診斷和報(bào)警。

（2） 下位機(jī)系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和邏輯運(yùn)算，執(zhí)行閉環(huán)控制輸出。對(duì)SBR法廢水處理工藝設(shè)備進(jìn)行控制，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)處理情況和要求，控制設(shè)備的啟停和工作強(qiáng)度，達(dá)到設(shè)備的最優(yōu)化調(diào)度，保證處理效果。

（3） 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將上下位機(jī)之間連接起來，使現(xiàn)場(chǎng)控制站數(shù)據(jù)能正確及時(shí)反映在上位機(jī)上，而上位機(jī)的控制信號(hào)也能及時(shí)傳達(dá)到下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)生化反應(yīng)、鼓風(fēng)機(jī)房、二沉池及高低壓配電室內(nèi)設(shè)備的信號(hào)采集和控制，實(shí)現(xiàn)功能如下：

（1） 控制鼓風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出風(fēng)口總空氣流量和壓力的控制，并供給生化反應(yīng)池壓力和風(fēng)量恒定的空氣；

（2） 控制空氣調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)生化反應(yīng)池中溶解氧濃度的控制，以供給微生物增長(zhǎng)及分解有機(jī)物所必須的氧氣；

（3） 控制攪拌器，使活性污泥與有機(jī)物、氧氣充分接觸，幫助生化反應(yīng)的進(jìn)行；

（4） 控制內(nèi)回流泵組，完成生化反應(yīng)池除磷脫氮的目的；

（5） 采集高壓配電間、低壓配電間電參數(shù)信號(hào)，保證全廠供電系統(tǒng)安全運(yùn)行；

（6） 采集設(shè)備運(yùn)行狀況信息，便于設(shè)備管理。

如圖3所示，主控PLC系統(tǒng)由1臺(tái)SIEMENS S7-300 CPU315-2DP PLC（主機(jī)）以及5臺(tái)通過PROFIBUS-DP總線連接的分布式I/O ET200M（分機(jī)）組成。圖4所示為主機(jī)I/O配置組態(tài)圖，其中電源模塊選用型號(hào)為PS 307 5A，主機(jī)CPU選用型號(hào)為CPU315-2DP，通信模塊選用型號(hào)為CP 343-1，并且選用8只模擬量輸入模塊，型號(hào)為AI8×12Bit。

3 控制流程

依據(jù)整個(gè)SBR法生化反應(yīng)造紙廢水處理工藝，可以得到多個(gè)SBR池循環(huán)進(jìn)程時(shí)序圖，圖5所示為4個(gè)SBR池組成的典型的生化反應(yīng)工藝的時(shí)序圖。

能夠看出，每個(gè)SBR池按照進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水的秩序依次進(jìn)入不同的工藝階段，以此，可以設(shè)計(jì)出單個(gè)SBR池的一個(gè)循環(huán)周期的流程圖，見圖6所示。整個(gè)SBR法生化反應(yīng)造紙廢水處理工藝依據(jù)集水池的水位的高低來控制SBR池循環(huán)周期的第一個(gè)階段，即進(jìn)水階段的開始，隨后，再依據(jù)SBR池的水位的高低來控制SBR池循環(huán)周期的第二個(gè)階段，即曝氣反應(yīng)階段的開始，再依次依據(jù)設(shè)定時(shí)間來進(jìn)行第三個(gè)和第四個(gè)階段的開始，亦即沉淀和排水階段的開始，排水階段結(jié)束，又重新開始第二個(gè)周期的循環(huán)。

4 結(jié) 語

本文提出采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣網(wǎng)絡(luò)配置方案來對(duì)造紙廢水處理SBR池進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)出主控PLC控制站的硬件組態(tài)及其I/O配置，并給出SBR池控制流程。從該控制系統(tǒng)在中小規(guī)模的造紙廢水處理系統(tǒng)SBR池現(xiàn)場(chǎng)控制站中的使用情況來看，運(yùn)行可靠并且經(jīng)濟(jì)高效。

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[收稿日期]2017-03-01

[基金項(xiàng)目]黑龍江省教育廳科技研究項(xiàng)目（12521539）；佳木斯大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KF2010-040）。

[作者簡(jiǎn)介]崔繼仁（1965-），男，黑龍江佳木斯人，佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，主要研究方向：智能控制、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；張艷麗（1974-），女，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師，主要研究方向：電氣控制、農(nóng)業(yè)智能控制（通訊作者）。