PLC在造紙廢水處理SBR工藝中的應用

崔繼仁+張艷麗+肖雪飛+李建輝+王鹍+牟曉楓

（1.佳木斯大學 a.信息電子技術學院； b.機械工程學院，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] 根據造紙廢水處理SBR工藝的實際需求，給出了監控系統的組成和PLC控制站的硬件組態及主機I/O配置，并設計出SBR池生化反應進程時序圖和SBR池單個周期控制流程圖。

[關鍵詞] 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] TP311；X703 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）07- 0146- 04

0 SBR工藝

按照廢水中污染物質去除的機理，造紙廢水處理設施采取分段的設計形式，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，將其轉變可以分離的形式。現代典型的造紙廢水處理系統包括預處理、一級處理、二級處理、三級處理、消毒處理、固體排放物處理。

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

SBR（Sequencing Batch Reactor）即序批式反應器，是一種間歇式活性污泥處理系統。它是一種經濟高效、簡單實用及功能靈活的生化處理工藝，已廣泛應用于國內外市政污水處理和造紙廢水處理等領域。

SBR系統中，所有活性污泥系統具備的流程，包括生物選擇、曝氣、沉降、污泥循環和澄清等都在一個池內完成。典型的SBR工藝通常包括4個階段：進水階段、反應階段、沉淀階段、排放階段。這4個階段都在SBR池內完成，從第一次進水到第二次進水稱為一個工作周期。

1 監控系統

在本文研究的SBR法生化反應造紙廢水處理監控控制系統中，選用工業以太網+現場總線的電氣網絡配置形式， 由上位監控的工控機、主控PLC、遠程I/O組成。通過PROFIBUS-DP總線鏈接鼓風機控制PLC、變頻器以及工藝中應用的智能儀器儀表、智能傳感器等。如圖2所示。

系統的主要功能有：

（1） 上位機系統實現對SBR法生化反應工藝流程設備運行狀態的實時監控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來，記錄在線檢測的參數，記錄設備運行狀態和過程，分析參數的變化趨勢，及時發布和預報運行情況，實施診斷和報警。

（2） 下位機系統主要完成數據采集、計算和邏輯運算，執行閉環控制輸出。對SBR法廢水處理工藝設備進行控制，能夠根據實時處理情況和要求，控制設備的啟停和工作強度，達到設備的最優化調度，保證處理效果。

（3） 網絡通訊系統將上下位機之間連接起來，使現場控制站數據能正確及時反映在上位機上，而上位機的控制信號也能及時傳達到下位機，實現遠程監控。

2 PLC控制系統

PLC控制系統負責生化反應、鼓風機房、二沉池及高低壓配電室內設備的信號采集和控制，實現功能如下：

（1） 控制鼓風機，實現對出風口總空氣流量和壓力的控制，并供給生化反應池壓力和風量恒定的空氣；

（2） 控制空氣調節閥，實現對生化反應池中溶解氧濃度的控制，以供給微生物增長及分解有機物所必須的氧氣；

（3） 控制攪拌器，使活性污泥與有機物、氧氣充分接觸，幫助生化反應的進行；

（4） 控制內回流泵組，完成生化反應池除磷脫氮的目的；

（5） 采集高壓配電間、低壓配電間電參數信號，保證全廠供電系統安全運行；

（6） 采集設備運行狀況信息，便于設備管理。

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

3 控制流程

依據整個SBR法生化反應造紙廢水處理工藝，可以得到多個SBR池循環進程時序圖，圖5所示為4個SBR池組成的典型的生化反應工藝的時序圖。

能夠看出，每個SBR池按照進水、反應、沉淀、排水的秩序依次進入不同的工藝階段，以此，可以設計出單個SBR池的一個循環周期的流程圖，見圖6所示。整個SBR法生化反應造紙廢水處理工藝依據集水池的水位的高低來控制SBR池循環周期的第一個階段，即進水階段的開始，隨后，再依據SBR池的水位的高低來控制SBR池循環周期的第二個階段，即曝氣反應階段的開始，再依次依據設定時間來進行第三個和第四個階段的開始，亦即沉淀和排水階段的開始，排水階段結束，又重新開始第二個周期的循環。

4 結 語

本文提出采用工業以太網+現場總線的電氣網絡配置方案來對造紙廢水處理SBR池進行控制，設計出主控PLC控制站的硬件組態及其I/O配置，并給出SBR池控制流程。從該控制系統在中小規模的造紙廢水處理系統SBR池現場控制站中的使用情況來看，運行可靠并且經濟高效。

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[收稿日期]2017-03-01

[基金項目]黑龍江省教育廳科技研究項目（12521539）；佳木斯大學科學技術研究項目（KF2010-040）。

[作者簡介]崔繼仁（1965-），男，黑龍江佳木斯人，佳木斯大學信息電子技術學院副教授，碩士，主要研究方向：智能控制、現場總線技術；張艷麗（1974-），女，佳木斯大學機械工程學院講師，主要研究方向：電氣控制、農業智能控制（通訊作者）。