基于PLC的造纸企业污水脱盐处理自动化系统研究.pdf

第卷 第期造 纸 科 学 与 技 术 年月 作 者 简 介：张 紫 菁，生 于年，硕 士，助 教，主 要 从 事 电 气 工 程 及 其 自 动 化 研 究。：基于的造纸企业污水脱盐处理自动化系统研究张 紫 菁（陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院，陕 西 咸 阳，）张 紫 菁 女 士摘要：强 化 污 水 的 脱 盐 处 理 是 坚 持 环 境 保 护 的 重 要 手 段。以 造 纸 企 业 作 为 研 究 对 象，从 造纸 污 水 的 特 点 以 及 处 理 现 实 需 求 出 发 加 以 分 析，提 出 一 种 基 于的 造 纸 污 水 脱 盐 处 理 自 动化 系 统 的 总 体 设 计 方 案，并 对 硬 件 选 择 做 出 介 绍，希 望 能 够 提 升 造 纸 污 水 脱 盐 系 统 的 处 理 性能，加 强 系 统 的 监 控 准 确 度，为 造 纸 企 业 节 能 减 排 做 出 应 有 的 贡 献。关 键 词：；造 纸 污 水；脱 盐 处 理；自 动 化 系 统中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：（）：引 文 格 式：张 紫 菁基 于的 造 纸 企 业 污 水 脱 盐 处 理 自 动 化 系 统 研 究 造 纸 科 学 与 技 术，（）：（，）：，：；引 言城 市 化 以 及 工 业 化 的 步 伐 加 快，社 会 生 产 对 于水 资 源 的 需 求 愈 加 增 多。钢 铁、造 纸 等 高 污 染 企 业在 生 产 过 程 中 产 生 的 污 水 量 巨 大 使 得 我 国 的 水 资 源矛 盾 日 益 突 出。虽 然 在 改 革 开 放 以 后 我 国 的 污 水 处理 事 业 快 速 发 展，但 仍 然 落 后 于 城 市 的 发 展。污 水处 理 存 在 效 率 低、自 动 化 程 度 低 的 问 题。造 纸 作 为污 染 严 重 的 企 业，造 纸 原 材 料 的 加 工 以 及 鞣 制 阶 段需 要 加 入 化 学 物 质，废 水 中 的 重 金 属 铬 等 含 量 较 多，因 此 采 取 有 效 的 方 式 去 除 造 纸 污 水 中 的 金 属 离 子 极为 重 要。借 助 自 动 化 控 制 系 统 能 够 提 升 造 纸 污 水 脱盐 处 理 的 效 率，对 于 造 纸 产 业 升 级 以 及 环 境 保 护 具有 重 要 的 意 义。本 文 主 要 介 绍 一 种 基 于的 造 纸污 水 脱 盐 处 理 自 动 化 系 统，希 望 能 够 为 造 纸 企 业 的污 水 处 理 提 供 借 鉴 意 义。造 纸 企 业 污 水 特 点 以 及 脱 盐 处 理 流 程分 析 造 纸 污 水 特 点 分 析造 纸 原 材 料 在 获 得 以 后 需 要 经 过 浸 泡 以 及 漂 洗等 多 种 工 序，原 材 料 的 漂 洗 需 要 加 入 大 量 的 化 学 制剂。因 此 废 水 的值 较 高，呈 现 出 明 显 的 碱 性，污水 中 的 铬 离 子 浓 度 可 以 达 到 且 含 有 大 量 的无 机 盐 物 质，成 分 复 杂，治 理 较 难。造 纸 污 水 量 大。造 纸 生 产 的 准 备 以 及 原 材 料 鞣制 阶 段 需 要 进 行 湿 加 工 处 理，以 去 除 木 材 料 表 面 的泥 浆 以 及 杂 质 等，确 保 原 材 料 处 于 良 好 的 状 态。这 一 过 程 中 的 树 皮 等 原 材 料 需 要 完 全 置 于 水 中 进 行第期张 紫 菁：基 于的 造 纸 企 业 污 水 脱 盐 处 理 自 动 化 系 统 研 究 清 洗，在 水 中 加 入 石 灰、硫 化 剂 等 化 学 药 剂 众 多。以树 皮 原 材 料 造 纸 为 例，其 中 准 备 以 及 鞣 制 过 程 中 产生 的 污 水 占 总 污 水 量 的以 上。污 水 量 变 化 存 在 时 间 差 异。造 纸 原 材 料 漂 洗 和生 产 的 工 艺 存 在 明 显 的 差 异，各 步 骤 之 间 存 在 不 连续 性，因 此 造 纸 企 业 的 污 水 产 生 存 在 明 显 的 时 间 差异。通 常 来 说，造 纸 污 水 多 产 生 于 白 天，且 因 为 不 同工 序 添 加 的 化 学 药 剂 存 在 差 异 性，因 此 不 同 工 序 的污 水 水 质 也 有 所 差 异。造 纸 污 水 色 度 大 危 害 强。造 纸 生 产 的 不 同 工 序排 放 的 污 水 成 分 存 在 差 异，浓 度 不 一，但 均 呈 现 出 碱性。污 水 中 残 留 有 大 量 的 硫、氯 等 酸 性 以 及 金 属 离子，化 学 以 及 生 物 的 需 氧 量 巨 大，如 果 不 进 行 处 理 就排 放 会 极 大 的 威 胁 到 地 表 以 及 深 层 的 地 下 水，影 响附 近 周 围 的 生 态 环 境 以 及 居 民 健 康。造 纸 污 水 脱 盐 处 理 系 统 流 程 分 析造 纸 污 水 脱 盐 即 去 除 污 水 中 的 强 导 电 物 质，将水 中 的 金 属 阳 离 子 以 及 碳 酸 根 阴 离 子 借 助 离 子 交换、电 渗 析 等 形 式 加 以 转 化。造 纸 污 水 脱 盐 处 理 系统 的 工 艺 流 程 如 图所 示。图造 纸 污 水 脱 盐 处 理 工 艺 流 程在 脱 盐 处 理 的 过 程 中 首 先 在 造 纸 污 水 中 加 入凝 聚 剂；其 次 经 过 高 效 的 过 滤 器 对 于 污 水 中 的 可沉 降 物 质 进 行 预 沉 降，然 后 再 加 入 阻 垢 剂，进 行 再次 过 滤；然 后 将 造 纸 污 水 引 入 高 压 泵 中 进 行 进 行反 渗 透 处 理，从 而 达 到 去 盐 的 目 的。造 纸 污 水 脱盐 处 理 的 核 心 是 高 性 能 的 过 滤 以 及 反 渗 透 装 置。经 过 完 整 的 工 艺 流 程 后，造 纸 污 水 中 的 可 溶 性 盐分 以 及 有 机 物 等 逐 渐 减 少，提 升 造 纸 污 水 的 整 体回 收 率。基 于的 造 纸 企 业 污 水 脱 盐 处 理 自 动化 系 统 总 体 设 计 自 动 化 控 制 系 统 组 成基 于设 计 的 造 纸 污 水 脱 盐 处 理 控 制 系 统 的组 成 部 分 包 括 上 位 机 监 控、程 序 控 制 装 置 以 及 造 纸污 水 处 理 现 场 装 备 三 部 分。整 体 的 系 统 结 构 如 图所 示。图造 纸污 水 处 理 系 统 结 构根 据 造 纸 污 水 的 特 点 以 及 处 理 工 艺，整 体 系 统进 行点 数 分 部 控 制。对 于 反 渗 透 以 及 超 滤 选 用一 个 上 位 机 进 行 控 制。其 中 超 滤 部 分 配 备个 数 字信 号 输 入、输 出 卡。超 滤 控 制 系 统 采 用作 为 主控 制 器，与 上 位 机 通 过 以 太 网 进 行 数 据 通 讯。开 关 以 及 模 拟 单 元 完 成 数 据 的 交 换。下 位 机 选 用 双进 行 工 作，避 免 硬 件 的 冗 余 同 时 实 现 在 发 生 故障 时 能 够 及 时 启 动 替 代，确 保 造 纸 污 水 处 理 的高 效 以 及 有 序。系 统 控 制 实 施 超 滤 系 统 控 制 实 施超 滤 系 统 的 控 制 分 为两 个 方 面：一 是 盘 式 过 滤 控 制，二 是 超 滤 控 制。盘 滤控 制 用 于 盘 滤 器 的 控 制，它 的 作 用 是 截 流。超 滤 主要 作 用 就 是 清 除 造 纸 污 水 中 的 细 菌 杂 质。采 用 盘 式过 滤 器 进 行 初 步 过 滤，再 通 过 超 滤 膜 进 行 过 滤，使 造纸 污 水 的 浑 浊 程 度 下 降。盘 滤 过 后 进 行 超 滤。超 滤控 制 的 逻 辑 如 下：制 水正 冲 洗反 洗 底 排 与 排 顶浸泡反 正 冲 洗。在 进 行 超 滤 的 过 程 中 为 了 加 强 使用 膜 的 通 透 效 果，需 要 对 用 膜 进 行 定 期 的 清 理，避 免阻 塞。灵 活 控 制 污 水 处 理 的 步 骤 以 及 循 环 周 期。在进 行自 动 化 控 制 中，按 照 工 艺 流 程 进 行 装 置 的连 续 性 工 作。借 助 水 泵 调 控 水 位 以 及 水 流 量，采 用串 级实 现 盘 滤 以 及 超 滤 过 程 中 的 供 水 平 衡，满足 系 统 工 作 的 需 要。反 渗 透 环 节 控 制 实 施为 了 实 现 对 于 反 渗透 环 节 的 控 制，污 水 脱 盐 自 动 化 系 统 在 反 渗 透的 进 口 处 安 装 保 护 低 压 开 关，在 出 口 处 安 装 高 压 开关，污 水 进 入 水 箱 后，保 持 液 面 与 高 压 泵 相 连 接，如果 进 口 处 的 低 压 开 关 出 现 问 题，自 动 化 控 制 系 统 发送 信 号 停 止 高 压 泵 工 作。预 先 设 定 高 压 泵 的 临 界值，避 免 因 为 操 作 失 误 使 得 污 水 脱 盐 系 统 在 过 高 压力 下 运 行，影 响 系 统 的 使 用 寿 命。通 过 为 了 提 升 自动 化 水 平，设 置 时 序 以 实 现 系 统 的 状 态 改 变。在 时序 构 建 好 后，按 照 进 水 阀 数 据 判 定 步 序 表 的 工 作 时间 段，采 用 自 然 语 言 明 确 装 置 应 作 的 反 应 动 作，简 化程 序 的 自 动 化 控 制 难 度。造 纸 科 学 与 技 术第卷基 于的 造 纸 企 业 污 水 脱 盐 处 理 自 动化 系 统 硬 件 选 择 上 位 机 选 择上 位 机 作 为 工 业 自 动 化 控 制 过 程 中 的 常 用 设备，其 主 要 功 能 为 在 控 制 系 统 中 借 助 现 场 总 线 技 术实 现 对 仪 表 以 及 设 备 信 息 进 行 采 集，并 作 为 系 统 的管 理 级，输 送 指 令 实 现 对 系 统 的 控 制。造 纸 污 水 脱盐 处 理 自 动 化 系 统 的 上 位 机 需 要 能 够 实 现 远 程 对 污水 处 理 设 备 数 据 的 收 集，将 污 水 处 理 的 参 数 以 及 指令 传 递 到 现 场。同 时 考 虑 到 造 纸 污 水 处 理 的 环 境，因 此 选 用 外 壳 加 固 的 工 业 控 制 机 作 为 上 位 机，选 用其 配 套 的 输 入 以 及 输 出 设 备。系 统 软 件 选 用以 及操 作 系 统，用 户 软 件 选 用 力 控组 态 的 编 程 软 件，实 现 对 造 纸 污 水 处 理 远 程 数据 的 采 集 以 及 指 令 操 作。控 制 器 选 择根 据 造 纸 污 水 脱 盐 处 理 的 流 程 涉 及 到 多 工 序。因 此 选 用控 制 器 时 着 重 考 虑 控 制 器 的 性 能 维护、方 便 性 以 及 可 靠 性，关 注 控 制 器 的 兼 容 以 及 联 网能 力。对 于 市 场 上 的控 制 器 进 行 筛 选 后 选 定 西门 子作 为 控 制 器，这 一 款 控 制 器 的 结 构紧 凑 且 具 有 良 好 的 扩 展 性，其 控 制 的 规 模 能 够 到 上百 点 位，能 够 满 足 造 纸 污 水 处 理 多 工 序 控 制 的 要 求。与 西 门 子相 配 备 的编 程 软 件 能 够在环 境 下 进 行 工 作，对 于 上 位 机 的 适 应 性强，满 足 造 纸 污 水 脱 盐 处 理 的 控 制 系 统 要 求。人 机 交 互 界 面人 机 交 互 界 面 作 为 操 作 人 员 对 造 纸 污 水 脱 盐 处理 系 统 参 数 设 置 的 主 要 媒 介，又 可 以 称 为 触 摸 屏，与计 算 机 具 有 相 似 性，需 要 具 备 有 强 大 的 数 据 处 理 功能，能 够 对 实 时 图 像 加 以 显 示。本 系 统 选 用 昆 仑 同泰 企 业 的触 摸 屏，这 一 触 摸 屏 以为 核 心，性 能 高 且 为 嵌 入 式。液 晶 显 示 屏英 寸 高 亮 度 的，分 辨 率 为 ，预 装 有 运行 版 的嵌 入 式 组 态 软 件。操 作 人 员 可 以 通 过组 态 软 件 进 行 组 态 画 面 的 制 作，对 造 纸 污 水 脱 盐 处理 现 场 进 行 前 端 数 据 处 理。且 这 一 触 摸 屏 所 附 带 的软 件 操 作 简 单，能 够 实 现 自 动 控 制 系 统 的 开 发，实 现复 杂 逻 辑 的 简 单 运 算。现 场 总 线 系 统现 场 总 线 作 为 自 动 化 控 制 系 统 中 的 数 据 通 信 途径，需 要 能 够 实 现 数 字 式、多 点 通 信 的 串 行。在 造 纸污 水 脱 盐 处 理 自 动 化 系 统 中 的 现 场 总 线 系 统 设 计 需要 具 有 开 放 式 以 及 数 字 化 的 特 征。能 够 将 多 分 散 点的 过 程 控 制 进 行 智 能 化 组 合，将 不 同 工 序 的 控 制 仪表 进 行 网 络 化 连 接 以 实 现 数 据 的 传 输 以 及 交 换。本自 动 化 控 制 系 统 选 用通 信 协 议。这 现 场 总线 系 统 的 数 据 传 输 速 率 为，数 据 格 式 采 用数 据 位，校 验 位 以 及停 止 位。这 一 通 信 协 议 技术 的 硬 件 结 构 较 为 简 单，针 对 造 纸 污 水 脱 盐 处 理 的不 同 控 制 设 备 能 够 实 现 同 时 通 讯。作 为 一 种 主 从 式的 半 双 工 通 信 协 议，操 作 人 员 可 以 通 过 上 位 机 对 于污 水 脱 盐 处 理 设 备 地 址 进 行 访 问，并 发 送 污 水 脱 盐处 理 的 指 令，提 升 系 统 的 双 向 通 信 能 力。结 语造 纸 企 业 作 为 高 污 染 企 业，对 于 污 水 处 理 的 技术 以 及 系 统 控 制 具 有 较 高 要 求。现 阶 段 虽 然 我 国 的造 纸 污 水 脱 盐 处 理 技 术 得 到 了 较 大 的 提 升，但 与 发达 国 家 相 较 仍 然 差 距 较 大。差 距 一 方 面 体 现 在 设 备上，另 一 方 面 体 现 在 自 动 化 控 制 系 统 上。我 国 的 造纸 污 水 脱 盐 处 理 的 自 动 化 以 及 自 动 化 不 足，使 得 造纸 企 业 的 污 水 处 理 效 率 较 低。本 文 在 现 有 理 论 以 及技 术 的 基 础 上，提 出 了 一 种 基 于的 造 纸 污 水 脱盐 自 动 化 处 理 系 统 设 计 方 案，希 望 能 够 为 造 纸 污 水脱 盐 处 理 提 供 借 鉴。参 考 文 献安 永 峰，付 满 平，司 春 旭，等电 脱 盐 污 水 处 理 技 术 改 造 方 案 分析 石 油 化 工 应 用，（）：石 勋 祥旋 流 分 离 技 术 在 原 油 电 脱 盐 装 置 污 水 处 理 中 的 应 用化 工 设 计 通 讯，（）：马 丽 媛，邓 林，王 庆，等市 政 污 水 再 生 处 理系 统 脱 盐 率 周期 衰 减 机 制 分 析 净 水 技 术，（）：李 闻 欣，岳 明 明三 聚 氰 胺 树 脂 鞣 剂 复 鞣 应 用 对 复 鞣 废 水 处 理的 影 响 中 国 皮 革（）：刘 文 辉基 于的 污 水 处 理 计 算 机 控 制 系 统 设 计 及 应 用信 息 记 录 材 料，（）：段 彬海 为 云 组 态 软 件 和在 污 水 处 理 控 制 系 统 中 的 应 用焦 作 大 学 学 报，（）：