1 引言
目前，纸厂的污水处理系统绝大部分通过老式的配电控制柜．采用按钮操作。由管理人员通过观察污水状态，人为地决定机组投人数量和各台机组的投入负荷数。这种方式操作很不方便。且对操作员熟练程度的要求较高，所以工作效率不高。因此．急需自动化程度较高的控制系统来完成对整个系统的监视和控制。
PLC即可编程控制器。使用PLC控制系统可以灵活地实现各种工作方式的控制和切换，例如可实现自动一手动、手动一自动的无扰动切换。这一点对纸厂污水系统的正常工作至关重要，自动方式下如PLC出现故障，可以手工保证机组运行，而且根据PLC的错误代码可以较为方便地排除故障，简化了维护工作。
而目前许多控制虽然采用了PLC控制，但是仍然是使用按钮等操作，不直观。触摸屏监控器可代替普通或工控计算作为人机界面，具有交互性好、可靠性高、编程简单、与PLC联结简便等优点。
2 污水处理流程
工业废水的处理T艺。一般都是多个处理技术的组合。纸厂主要以废纸为原料，因此废水水质为废纸造纸废水。废水中的主要成份是细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类，以及造纸生产过程中添加的各类有机及无机化合物。污染物质以控制漂洗混合废水中的SS(悬浮固体)、BOD(生物化学需氧量)、COD(化学需氧量)和挥发酚等为主。
图1是某造纸厂废水的综合处理系统。一级处理是废水生化处理的准备工作，大量固体被筛网隔栅除去，并进行沉降。二级处理则是可溶的有机化合物的生物降解．将BOD5值由50～1000mg／L甚至更高，降到15mg／L以下。根据工艺和设计有5个调节沉淀池、3台用作提升泵、2个SBR反应池进水电动阀、2台加药搅拌机、2台计量泵。污水处理分为一级处理和二级处理。一级处理主要有以下几步。
图1 纸厂厂区污水处理典型流程
(1)格栅：去除粗大颗粒如塑料袋、树枝、叶等。
(2)调节沉淀池：使各种污水、废水在被送人主体处理构筑物之前，进行水量的均和调节。污水的二级处理主要有以下几个环节。
(1)水的好氧生物处理：去除废水中溶解胶体的有机性污染物。本工程用到的方法是SBR法f序批式活性污泥法)。
(2)加药装置：整个系统中有两处需投加药剂。一处为控制废水的pH值，设置一套加酸装置；另一处为保证生物处理工艺对营养平衡的需求，投设N、P等营养盐装置。
(3)综合楼：将PLC控制室、触摸屏、现场电控、实验室及值班室等均置于综合楼内。在综合楼可实现对纸厂污水过程自动化的监视和控制并能提供良好的人机交互界面。图形系统可以根据需要利用其图形工具对工艺图、动态曲线、历史趋势图及表格进行动态或静态显示。报警系统提供在过程中出现的故障、操作状态以及自动化过程中的综合信息，帮助操作人员及时发现和处理危险情况。并记录打印。
3 S7—300系列PLC的控制
污水处理采用PLC现场控制系统。根据污水处理的工艺流程，对污水处理控制系统的硬件配置做出分析和选择。本工程选用西门子的S7—300系列PLC负责污水一级、二级处理的自动控制任务。CPU型号为CPU314．计数器总数256。模拟量输入模块型号为SM331.8点模拟量输入。数字量输入模块型号为SM321，可同时控制的输入点数16个。PLC输入／输出扩展模块选用SM323．参数是16输入16输出。
3.1 水质监测
在各组构筑物及设备的进出13处放置仪表．检测排人／出的污水的流量、温度和pH值。将检测的数值转换为模拟量信号送到PLC控制器。如果流量、温度和pH值在设定的范围内．则自动运行；如果流量、温度和pH值超出或低于设定的范围．则会在触摸屏上报警。工作人员在监控中心通过触摸屏对显示画面上的对应按钮点击来实现设备的开、停控制。
3.2 调节沉淀池的控制
(1)调节沉淀池过滤
调节沉淀池的运行模式有手动控制和自动控制两种模式。在调节沉淀池的现场设一个独立的操作台，可对调节沉淀池的运行进行控制。调节沉淀池正常运行时，操作人员应将控制选择在远程自动控制方式，选择足够的调节沉淀池投入运行。
(2)调节沉淀池反冲洗
当调节沉淀池正常生产一段时间之后．就需要对调节沉淀池进行反冲洗，以去除滤料层的杂质。在反冲洗结束、过滤开始的时候，启动计时器，时间到便开始反冲洗程序。调节沉淀池冲洗可以采用自动、半自动或手动控制。1#调节沉淀池反冲洗完毕后，置反冲洗完毕标志，只有当其他的2#-5#调节沉淀池都在进行反冲洗工作时．在反冲洗完毕信号和手动推出工作状态信号才能清除1#调节沉淀池的工作标志和反冲洗标志。
3.3 提升泵和加药装置的控制
加药装置包括加药计量泵和加药搅拌机。提升泵和加药装置都有远程手动和自动两种控制模式。
3.4 系统运行
图2所示是整个污水处理流程的总电气系统结构图。通过传感器监测水质的各个参数．通过通讯模块了解各组设备的运行状况，各组信号通过放大处理后进人PLE进行主控。
图2 总控制原理框图
4 程序流程图设计
根据纸厂污水处理流程的设计要求，设计出主要的控制流程如图3所示。根据本系统的生产工艺流程，对格栅、调节沉淀池、提升水泵、加药计量泵、加药搅拌泵和SBR反应池等的控制对象的控制点进行分析，确定控制点。根据工艺流程和程序控制的流程要求，设计出以下的基本模块程序： (1)各调节沉淀池的起停控制； (2)加药系统控制； (3)SBR反应池进水电动阀控制； (4)真空泵的控制； (5)加药计量泵的控制； (6)加药搅拌机的控制； (7)对各模拟量信号的采集； (8)对各个调节沉淀池电动阀状态的采集。
图3 污水处理控制流程图
5 触摸屏控制
PLC与触摸屏连接。操作人员通过触摸屏可以直观地观测到当前水质的各项指标．检查水质是否在设定的范围值内。通过模拟量信号的传输，触摸屏上集中显示分散在现场的PLC站和仪表所采集的各种工艺数据。操作人员可根据数据来确定是自动运行还是手动控制，根据现场设备运行状况及工艺要求．发出主控指令传达到现场。在触摸屏上。操作人员可以观察到污水处理的各组设备的自动运行状态。如果需要手动控制时．操作人员可以通过触摸屏直观地对各组运行设备进行远程控制。
如图4所示是“纸厂污水工艺流程监控系统”的主控界面。主控界面里显示流程中各组设备，操作人员可以通过点击各个设备切换到该设备的工况页面进行详细监测。操作人员还可以通过“手动一自动”开关切换系统的操作方式。
图4 “纸厂污水工艺流程监控系统”界面
6 污水处理的水质指标
废水经治理后水质必须达到《造纸工业水污染物排放标准> (GB3544—2001)中制浆造纸关于非木浆本色造纸的标准。处理后水质较好，水质指标： (1)pH：7.5~7.93； (2)COD5：60mg／L； (3)SS：20mg／L； (4)BOD5：20mg／L。SS去除率高达97.24％，COD去除率达93％，BOD去除率达94.2％．废水回用率达90％以上。
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本文标题：基于PLC和触摸屏的纸厂污水控制系统
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