PLC在造纸废水处理SBR工艺中的应用
[摘 要] 根据造纸废水处理SBR工艺的实际需求，给出了监控系统的组成和PLC控制站的硬件组态及主机I/O配置，并设计出SBR池生化反应进程时序图和SBR池单个周期控制流程图。
[关键词] 造纸废水；SBR；PLC；控制流程
[中图分类号] TP311；X703 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）07- 0146- 04
按照废水中污染物质去除的机理，造纸废水处理设施采取分段的设计形式，不同单元分别用于去除废水中以漂浮、悬浮及溶解形式存在的污染物质，将其转变可以分离的形式。现代典型的造纸废水处理系统包括预处理、一级处理、二级处理、三级处理、消毒处理、固体排放物处理。
二级处理中以活性污泥法处理系统的应用最为广泛，其原理是利用好氧微生物的新陈代谢作用，降解污染物质，产生的降解产物以活性污泥形式与水分离，达到净化的效果。见图1所示活性污泥法废水处理的典型流程。
SBR（Sequencing Batch Reactor）即序批式反应器，是一种间歇式活性污泥处理系统。它是一种经济高效、简单实用及功能灵活的生化处理工艺，已广泛应用于国内外市政污水处理和造纸废水处理等领域。
SBR系统中，所有活性污泥系统具备的流程，包括生物选择、曝气、沉降、污泥循环和澄清等都在一个池内完成。典型的SBR工艺通常包括4个阶段：进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排放阶段。这4个阶段都在SBR池内完成，从第一次进水到第二次进水称为一个工作周期。
1 监控系统
在本文研究的SBR法生化反应造纸废水处理监控控制系统中，选用工业以太网+现场总线的电气网络配置形式， 由上位监控的工控机、主控PLC、远程I/O组成。通过PROFIBUS-DP总线链接鼓风机控制PLC、变频器以及工艺中应用的智能仪器仪表、智能传感器等。如图2所示。
系统的主要功能有：
（1） 上位机系统实现对SBR法生化反应工艺流程设备运行状态的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来，记录在线检测的参数，记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警。
（2） 下位机系统主要完成数据采集、计算和逻辑运算，执行闭环控制输出。对SBR法废水处理工艺设备进行控制，能够根据实时处理情况和要求，控制设备的启停和工作强度，达到设备的最优化调度，保证处理效果。
（3） 网络通讯系统将上下位机之间连接起来，使现场控制站数据能正确及时反映在上位机上，而上位机的控制信号也能及时传达到下位机，实现远程监控。
2 PLC控制系统
PLC控制系统负责生化反应、鼓风机房、二沉池及高低压配电室内设备的信号采集和控制，实现功能如下：
（1） 控制鼓风机，实现对出风口总空气流量和压力的控制，并供给生化反应池压力和风量恒定的空气；
（2） 控制空气调节阀，实现对生化反应池中溶解氧浓度的控制，以供给微生物增长及分解有机物所必须的氧气；
（3） 控制搅拌器，使活性污泥与有机物、氧气充分接触，帮助生化反应的进行；
（4） 控制内回流泵组，完成生化反应池除磷脱氮的目的；
（5） 采集高压配电间、低压配电间电参数信号，保证全厂供电系统安全运行；
（6） 采集设备运行状况信息，便于设备管理。
如图3所示，主控PLC系统由1台SIEMENS S7-300 CPU315-2DP PLC（主机）以及5台通过PROFIBUS-DP总线连接的分布式I/O ET200M（分机）组成。图4所示为主机I/O配置组态图，其中电源模块选用型号为PS 307 5A，主机CPU选用型号为CPU315-2DP，通信模块选用型号为CP 343-1，并且选用8只模拟量输入模块，型号为AI8×12Bit。
3 控制流程
依据整个SBR法生化反应造纸废水处理工艺，可以得到多个SBR池循环进程时序图，图5所示为4个SBR池组成的典型的生化反应工艺的时序图。
能够看出，每个SBR池按照进水、反应、沉淀、排水的秩序依次进入不同的工艺阶段，以此，可以设计出单个SBR池的一个循环周期的流程图，见图6所示。整个SBR法生化反应造纸废水处理工艺依据集水池的水位的高低来控制SBR池循环周期的第一个阶段，即进水阶段的开始，随后，再依据SBR池的水位的高低来控制SBR池循环周期的第二个阶段，即曝气反应阶段的开始，再依次依据设定时间来进行第三个和第四个阶段的开始，亦即沉淀和排水阶段的开始，排水阶段结束，又重新开始第二个周期的循环。
4 结 语
本文提出采用工业以太网+现场总线的电气网络配置方案来对造纸废水处理SBR池进行控制，设计出主控PLC控制站的硬件组态及其I/O配置，并给出SBR池控制流程。从该控制系统在中小规模的造纸废水处理系统SBR池现场控制站中的使用情况来看，运行可靠并且经济高效。
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