PLC在中段水处理控制系统的应用李如林

PLC在中段水处理控制系统的应用⊙李如林张根宝（陕西科技大学电气与信息工程学院，西安710021）TheapplicationofPLCincontrolsystemsforwashingandbleachingeffluenttreatment⊙LIRu-lin,ZHANGGen-bao(SchoolofElectricalandInformationEngineering,ShaanxiUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710021,China)摘要：介绍了纸厂中段水处理的工艺流程，详细说明以S7-300为核心的中段水处理控制系统的硬件组成和软件设计，并在该系统中实现联锁控制，从而体现了该系统的智能化。关键词：中段水；PLC；联锁控制Abstract:ThepaperintroducedtheprocessofwashingandbleachingeffluenttreatmentandexplainedS7-300asthecoreofhardwareandsoftwaredesigninthecontrolsystemindetail.Thechaincontrolcanberealizedinthesysteminordertoreflecttheintelligenceofthesystem.Keywords:washingandbleachingeffluent;PLC;interlockcontrol中图分类号:TS736+.3;X506文献标志码:B文章编号:1007-9211(2009)18-0093-03针对一种改进后的中段水处理工艺的特点和要求设计了处理过程中的自动控制系统，对格栅池、调节池、生物氧化沟、混凝反应池、二沉池的液位进行联锁控制，能自动控制各池的液位恒定在某一范围，体现了该系统的智能化。1的工艺流程中段水处理的工艺流程如图1所示，由洗、选、漂工段来的污水先进入格栅池进行纸浆回收后进入沉淀调节池，进行水量水质调节，然后与UASB反应器出水混合进入生物接触氧化池进行好氧生物处理，使可生化的有机物质得到较为彻底地去除。再对生物接触氧化池排出的废水进行物化处理，即加入絮凝剂，使其中难以降解的木质素、纤维素等物质得以较为彻底地沉淀去除。最后把得到的上清液进入二沉池进一步沉淀。2的控制系统的设计考虑到控制系统的可行性、经济性等因素，对整个污水系统的流量、液位、浓度等采用位置式和增量式的PID控制。若采用先进的智能控制，不但会增加成本，而且会增加控制系统的复杂程度，实现起来比较困难。相比之下，采用传统的PID控制，实现方便，调试简单，控制效果也能满足工艺要求。2.1的硬件选择根据工艺的要求，控制系统采用S7-300系列的PLC来进行组态如图2所示。对于控制系统的PLC，首李如林，在读硕士研究生；主要研究方向为工业过程自动化与智能控制。生产实践7pRoDUcTion2009Sep.,2009Vol.30,No.18ChinaPulp&PaperIndustry3先，由于控制系统的I/O点数（本系统为320多个点）不多，程序量不大，通过经验公式计算所需存储器容量:KB＝(1.1～1.25)×(DI×10＋DO×5＋AI×100＋AO×100)/1024，根据存储器容量的大小主控模块为CPU315-2DP即可满足要求。(1)模拟信号输入：系统中共有85个现场参数，由各自的变送器进行检测。通过相应的变送器转换为4～20mA的标准信号与PLC系统的模拟量输入通道连接。选用模块为SM331/AI8。(2)开关量输入：系统中共有144个信号，经转换后变为TTL逻辑电平，通过开关量模块输入计算机，高电平有效。选用模块为SM321/DI16。(3)模拟信号输出：4～20mA的调节信号通过D/A模块输出，完成各回路中调节器的控制。阀门采用气动调节阀，通过电—气阀门定位器接受4～20mA电流调节信号。选用模块为SM332/AO8。(4)开关信号输出：控制格栅池、调节池、混合池等排水电机的起停及故障、超限状态时输出报警信号，此外还有各个加药池搅拌器的控制信号输出等。选用模块为SM322/DO16。如图2所示。最后，选定整个PLC系统的供电系统。PS307是西门子公司为S7-300专配的24V直流电源，其额定电流的选择主要取决于S7-300各个模块的电流耗量和功率损耗。一个实际的S7-300PLC系统，确定所有的模块后，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、I/O模块、智能模块的消耗功率之和，并且要留有30%左右的余量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。根据这个原则，系统的供电模块选定为额定电流10A的PS307。为了保证控制系统运行可靠稳定，在信号的采集和控制通道中充分采用系统隔离技术。所有现场传感器信号通过隔离器或配电器进入PLC的模拟信号采集通道，所有现场的开关信号及阀门的控制信号采用中间继电器隔离。2.2的控制原理2.2.1的流量浓度控制中段水处理过程中的流量、浓度等的控制，从阀门开度变化，反映到管道里流量和浓度变化的过程，可用式（1）来近似表示。G(S)=K/(TS+1e-τs)(1)式中：K—对象静态增益；τ—对象纯滞后时间；T—对象容积滞后的时间。根据工艺要求和生产经验，该系统中的流量和浓度运用PID控制即可。如图3所示。2.2.2的液位控制系统中的格栅池、调节池、混合池、混凝池、生物氧化池不要求液位恒定，只要保证液位保持在一定的范围即满足要求，因此对整个系统的液位进行联锁，当某池的液位过高或过低，控制系统自动开泵向相邻的池放水或从相邻的池往该池放水，从而保证所有液位均在要求的范围内，整个过程由系统自动完成，无需操作人员。3的软件设计PLC程序采用西门子STEP7V5.3编制，采用结构化编程的方法来编写程序。主要包括采样、标度变换、PID控制、报警、联锁、流量累计等子程序，在循环组织图2采用S7-300系列的PLC控制系统图3PID控制流量和浓度PID控制器阀门流量或压力+-设定值测量值图1中段水处理的工艺流程加入N,P加入O2加入混凝剂出水污泥污泥污泥污泥沉淀调节池混合池格栅池中段水生物氧化沟混凝反应池二沉池污泥浓缩池生产实践pRoDUcTion82009第30卷第18期2009年9月4块OB1、OB35、OB100中组织这些子程序的调用顺序。结构化编程的方法具有程序结构层次清晰、程序通用性强、方便阅读、修改方便的优点。液位联锁子程序如下：AM60.1JNBEXT1A(Lbiaoding.LT_D11Lalarm-data.LTD11_HH=R)JNBJB1SQ23.5JB1:NOP0A(Lbiaoding.LT_D11Lalarm-data.LTD11_LL=R)JNBJB2RQ23.5JB2:NOP0EXT1:NOP0AM61.4JNBEXT2A(Lbiaoding.LT_D12Lalarm-data.LTD12_HH=R)JNBJB3SQ23.6JB3:NOP0A(Lbiaoding.LT_D12Lalarm-data.LTD12_LL=R)JNBJB4RQ23.6JB4:NOP0EXT2:NOP0AM61.5JNBEXT3A(Lbiaoding.LT_D13Lalarm-data.LTD13_HH=R)JNBJB5SQ23.7JB5:NOP0A(Lbiaoding.LT_D13Lalarm-data.LTD13_LL=R)JNBJB6RQ23.7JB6:NOP0EXT3:NOP0(HMI)采用西门子的WINCCV6.0编制。中段水控制系统的界面包括主界面、参数设定、趋势界面、报警界面。操作人员可以方便地对该系统所有设备进行监控和相应参数设定，观察所有设备的运行情况，提高了控制效率。目前，该控制系统在河南某造纸厂投入运行以来，生产稳定，取得了令人满意的控制效果。该控制系统整个工艺得到了优化，节约了原料，提高了企业的生产效率、经济效益和社会效益。参考文献[1]廖常初.S7-300/400应用技术[M].机械工业出版社,2008.[2]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社,2004.[3]张杰,白忠诚.草浆中段废水的生化处理[J].中华纸业,2005,26(6):27-28.[4]裴保全,刘勋武.全麦草浆中段水处理运行经验与体会[J].中华纸业,2005,26(11):35-37.[5]侯志和,黄志胜.中段水处理中活性污泥的培养[J].中华纸业,2001,22(11):48-49.[6]张继兵,马邕文,万金泉.碱性亚钠法制浆中段废水处理系统的调试和运行[J].中华纸业,2008,29(2):67-69.[7]吕绿林,林海.制浆造纸中段水的生化处理[J].纸和造纸,2006,(5):50-53.[8]段瑛博,衣守志.造纸废水处理的新工艺[J].天津化工,2004,18(5):48-51.[9]王孟效.制浆造纸过程测控系统及工程[M].化学工业出版社,2003-08.[收稿日期:2009-05-07(修改稿)]生产实践7pRoDUcTion2009Sep.,2009Vol.30,No.18ChinaPulp&PaperIndustry5