西門子S7-200PLC在制糖業CASS工藝污水處理系統中的應用

葉遠堅 周麗琴

1.廣西大學電氣工程學院 530004 2.廣西農業職業技術學院 5300073.廣西電力職業技術學院 530007

1 引言

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

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,從進水到潷水結束作為一個周期。每個CASS反應器由三個區域組成，即生物選擇區、氧區和主反應區。

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，然后污水流到調節池，調節池檢測液位高度（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污水降溫），流到配水槽，經過虹吸到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的方案

CASS工藝污水處理的自動控制方案的主要依據是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；在調節池和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總體設計

CASS工藝污水處理的自動控制系統主要硬件構成有：一套低壓控制柜、一臺研華工業控制計算機、以及兩臺電源。CASS工藝污水處理的自動控制系統核心控制器采用西門子S7-200 PLC（安裝于低壓控制柜內）同時包含研華610工業控制電腦、后備電源、小型斷路器、220VAC/24DC開關電源、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）和亞控公司的組態王6.53監控軟件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所要檢測的數字量輸入點數進行統計后最后得出47個，所要檢測的模擬量輸入點數4個，對控制設備的數字量輸出點數27個。通過統計以上檢測的數字量輸入、模擬量輸入和數字量輸出后作為選擇PLC的基本依據，在正常情況下，都會為PLC增加20%余量作為擴展使用，數字量輸入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，數字量輸出27×1.2≈32點。因為數字量輸入輸出點數合計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成。整個系統的核心由西門子226主機6ES7216-2AD23-0XB8（包含24DI/16DO）一臺、數字量擴展模塊16點DC輸入/16點DC輸出模塊6ES7223-1BL22-0XA8一塊、數字量擴展模塊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），主要實現對CASS工藝污水處理過程的編程，可以對程序進行調試和測試，并可在程序運行時進行監視，能夠及時了解編程中出現的錯誤。

組態軟件采用了亞控公司的組態王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部點一起計算控制點數的，而不是按外部點來計算的；能夠實現分布式存儲報警和歷史數據，實現對污水處理整個處理流程的監控，具有實時趨勢監控的能力，并且對整個處理過程可實現全面報警功能。

針對勐堆南華糖業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界面，如監控系統的登錄界面（包含了用戶的登錄退出、創建、修改密碼、退出系統等功能），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），監控總圖界面（窗口就是日常進行監控的主要畫面，其中包含了電機狀態的查看、啟停方式、程控設定、故障提示、液位流量顯示等），總體監控畫面如圖2所示。監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；電機顯示狀態在監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、參數設定、控制頁面、報表頁面、報警頁面、曲線頁面等。

圖2 監控總圖界面

5 結束語

本套系統在云南鎮康縣南華勐堆糖業有限公司污水處理中投入運行后，穩定可靠，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，達到了預期的目的，為客戶提供了節能、高效的污水處理系統。

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